§ 20. Кометы

Определения и обозначения

Комета — малое тело Солнечной системы, состоящее преимущественно из льда, замёрзших газов и пылевых частиц. Она движется вокруг Солнца по орбите, нередко сильно вытянутой. Это определение помогает отличать комету от планеты и астероида: при сближении с Солнцем комета может окружиться оболочкой и хвостом, но её основа — небольшое ледяное тело.

Ядро кометы — её твёрдая центральная часть, состоящая из льда, замёрзших газов и пыли. Смесь замёрзших веществ с пылевыми частицами часто образно называют «грязным снежком». Ядро важно отличать от заметной оболочки: именно в нём находится основной запас вещества, из которого при нагревании возникают кома и хвосты.

Кома — газовая и пылевая оболочка, окружающая ядро и возникающая при его нагревании Солнцем. Лёд и замёрзшие газы переходят в газообразное состояние, унося с поверхности пыль. Кома показывает, что комета активна и теряет вещество; при этом она не является твёрдой частью тела.

Хвост кометы — вытянутая область из газа и пыли, образованная веществом, покинувшим ядро. Под действием солнечного излучения и солнечного ветра она простирается преимущественно от Солнца. Понимание этого направления позволяет не путать хвост с обычным следом, который должен был бы оставаться позади движущегося тела.

Как это устроено

Когда комета приближается к Солнцу, её поверхность получает больше энергии и нагревается. Лёд и замёрзшие газы испаряются, то есть переходят из твёрдого состояния прямо в газ, а выходящий поток захватывает пылевые частицы. Вокруг ядра накапливается газ и пыль, поэтому возникает кома; чем активнее выброс, тем больше вещества попадает в окружающее пространство.

У кометы могут появиться два хвоста, потому что на разные частицы действуют разные силы. Газовый хвост состоит главным образом из ионов — электрически заряженных частиц газа — и его уносит солнечный ветер, поток частиц от Солнца. Пылевой хвост образован твёрдыми частицами, на которые действует давление солнечного излучения; они движутся иначе и часто выглядят более изогнутыми.

Хвост направлен от Солнца не потому, что комета обязательно летит в противоположную сторону. Солнечный ветер уносит ионы газового хвоста наружу, а излучение давит на пылинки, тоже отталкивая их от Солнца. Направление движения кометы по орбите может быть другим, поэтому хвост иногда располагается сбоку относительно её траектории или направления движения.

Размер и яркость комы и хвостов меняются, потому что количество испаряющегося вещества зависит от нагрева ядра. При сближении с Солнцем поверхность нагревается сильнее, и выброс становится интенсивнее; кома и хвосты обычно увеличиваются и становятся заметнее. После прохождения ближайшей к Солнцу части орбиты комета удаляется, остывает, испарение ослабевает, и её внешние образования постепенно уменьшаются.

Современные представления связывают происхождение комет с удалёнными областями Солнечной системы, откуда их орбиты могут направить тела к Солнцу. Короткопериодические кометы обращаются вокруг него сравнительно быстро и возвращаются через десятки лет или чаще. Долгопериодические кометы приходят из ещё более удалённых областей и могут возвращаться лишь через сотни или тысячи лет; поэтому наблюдатель не всегда увидит одну и ту же комету снова.

Основные части кометы

Сначала определите, о какой части говорится: ядро — твёрдое тело, кома его окружает, а хвосты вытягиваются в пространство. Затем сравните состав и механизм образования газового и пылевого хвостов. Последний столбец помогает проверить, учитываете ли вы воздействие Солнца, а не только движение кометы.

Разбор задач

Задача 1. Комета приближается к Солнцу. Какая часть кометы начинает активно увеличиваться и почему?

Чтобы ответить, проследим, что происходит с веществом при усилении нагрева. Не следует смешивать твёрдое ядро с окружающей его оболочкой: именно оболочка формируется из выброшенного вещества. Ответ можно получить, связав нагрев с испарением.

1. При сближении с Солнцем ядро получает больше энергии и нагревается.
2. Лёд и замёрзшие газы испаряются, а вместе с ними наружу выходит пыль.
3. Вокруг ядра накапливаются газ и пыль, поэтому увеличивается кома; выброшенное вещество также может образовать хвосты.

Ответ: прежде всего увеличивается кома, потому что при нагревании ядра испаряется больше льда и замёрзших газов. Выходящие вещества заполняют пространство вокруг ядра.

Задача 2. На рисунке кометы хвост направлен в сторону, противоположную Солнцу. Объяснить, почему это направление не зависит от того, куда комета движется по орбите.

Здесь нужно разделить два направления: движение кометы по орбите и направление действия сил со стороны Солнца. Хвост образован не просто следом за телом, а веществом, выброшенным из ядра. Поэтому выясним, что именно воздействует на газ и пыль после выброса.

1. Газовый хвост состоит главным образом из ионов, которые уносит солнечный ветер от Солнца.
2. На частицы пылевого хвоста действует давление солнечного излучения, также направленное наружу от Солнца.
3. Эти воздействия задают направление хвостов независимо от того, движется ли комета к Солнцу, от него или поперёк этого направления.

Ответ: хвост направлен от Солнца из-за солнечного ветра и давления излучения. Направление орбитального движения кометы само по себе не определяет, куда направлен хвост.

Задача 3. Комета наблюдалась вблизи Солнца, а затем удалилась от него. Сравнить ожидаемые изменения активности, комы и хвостов и объяснить их причину.

Сравним условия у Солнца и на большем расстоянии от него. Активность кометы зависит от нагрева, поскольку именно он вызывает испарение вещества ядра. Значит, изменения оболочки и хвостов следует выводить из того, как меняется количество выброшенного газа и пыли.

1. Вблизи Солнца ядро нагревается сильнее, поэтому лёд и замёрзшие газы испаряются активнее.
2. Из-за обильного выброса кома становится больше, а хвосты заметнее; комета может выглядеть ярче.
3. При удалении нагрев ослабевает, испарение уменьшается, и активность кометы, кома и хвостов постепенно снижается.

Ответ: удаляясь от Солнца, комета обычно становится менее активной, а её кома и хвосты уменьшаются и тускнеют. Причина — ослабление нагрева ядра и уменьшение выброса вещества.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что хвост всегда тянется строго позади кометы. Так думают, представляя его обычным следом движущегося тела, однако газовый и пылевой хвосты формируются под воздействием Солнца. Проверьте себя: сравните направление хвоста с направлением на Солнце, а не только с траекторией кометы.

Ошибка — смешивать ядро и кому, называя их одной частью. Это происходит, когда яркую область кометы принимают за её твёрдую поверхность. Помните: ядро — твёрдая центральная часть, а кома — окружающая его газовая и пылевая оболочка; спросите себя, о веществе внутри или вокруг ядра идёт речь.

Ошибка — полагать, что хвост возникает из-за горения кометы. Яркий вид может напоминать пламя, но хвост образуется не при сгорании, а при испарении вещества ядра и последующем воздействии солнечного ветра и излучения. Проверка простая: объясните его появление нагреванием, выбросом газа и пыли, не прибегая к горению.

Ошибка — считать, что у кометы всегда есть заметные кома и хвост. Эти образования зависят от близости к Солнцу, поэтому при удалении активность ослабевает и внешние части могут стать почти незаметными. Чтобы проверить вывод, выясните, насколько ядро нагрето и насколько активно испаряется его вещество.

Связь с другими темами

Для понимания комет нужно знать, что малые тела Солнечной системы движутся по орбитам под действием тяготения Солнца. Это помогает представить, почему комета возвращается к Солнцу и как меняется её расстояние до него. Тема продолжится при изучении метеорных потоков: кометное вещество, оставленное вдоль орбиты, может стать источником частиц, входящих в атмосферу Земли. Состав комет также важен для разговора о веществе, из которого формировалась Солнечная система.

Что запомнить

• Комета состоит из ядра, а при приближении к Солнцу вокруг него образуется кома.
• Кома возникает из-за испарения льда и замёрзших газов в ядре.
• У комет могут быть газовый и пылевой хвосты.
• Хвосты направлены преимущественно от Солнца.
• Активность кометы усиливается при приближении к Солнцу и ослабевает при удалении.
• Кометы движутся вокруг Солнца по орбитам; некоторые возвращаются через сравнительно небольшие промежутки времени.