Посмотрите вверх: факты, загадки и домыслы о кометах

Прямо сейчас к Солнцу летит огромная комета Бернардинелли—Бернштейна, она же C/2014 UN 271. Астрономы давно подозревали, что эта открытая еще в 2014 году хвостатая гостья необычно велика. Теперь же они измерили диаметр ее ядра с помощью радиотелескопа ALMA и получили ни много ни мало 137 ± 17 километров. Это огромная цифра: типичные кометные ядра измеряются единицами или первыми десятками километров. Таких больших комет человечество еще не видело, если не считать объекта Хирон из группы кентавров, пасущейся между Юпитером и Нептуном. Но считать кентавров кометами или астероидами — большой вопрос, скорее это что-то среднее. Предыдущий рекордсмен — комета Хейла—Боппа с ядром около 74 километров в поперечнике.

Читатели «за тридцать» должны помнить, какое величественное зрелище комета Хейла—Боппа представляла собой в 1997 году. Огромный хвостатый зверь был ярче любого ночного светила, кроме Венеры и Луны. Тем, кто опоздал родиться и подрасти, не стоит отчаиваться: у них больше шансов дожить до ближайшего визита знаменитой кометы Галлея в 2061 году.

А вот комета Бернардинелли—Бернштейна, увы, не подарит нам шоу неземной во всех смыслах красоты: в 2031 году она разминется с Солнцем в 11 астрономических единицах (а. е.), то есть не пересечет и орбиты Сатурна. Напомним, что одна астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца (150 миллионов километров).

С другой стороны, это означает, что гость из космоса уж точно не угрожает Земле. Что не может не радовать: 140-километровый объект уничтожил бы все живое, кроме, быть может, бактерий, обитающих глубоко в земной коре. К счастью, столкновения с телами такого масштаба происходили только в эпоху формирования Земли, когда Солнечная система была забита строительным мусором. Так что удивительно не то, что на этот раз пронесло, а то, что столь огромная комета вообще заявилась в гости.

Из чего они сделаны

Что такое вообще комета? Это ледяное тело, которое периодически подходит так близко к Солнцу, что начинает испаряться и в связи с этим отращивает хвост.

Вдали от Солнца комета — это «ледяной астероид»: компактный объект размером в несколько километров (реже — десятков километров) без всякой атмосферы и тем более хвоста. Ее часто называют комком грязного снега: комета состоит в основном из льда, причем не только водяного. Компанию замерзшей воде составляют не менее замерзшие аммиак, метан и углекислый газ.

Но вода все же преобладает. Есть версия, что даже аммиачный и прочий «не водный» лед содержится в кометах в виде гидратов — соединений с водой. Такая теория лучше объясняет спектры комет, чем простейшая, где экзотические льды присутствуют в чистом виде.

Никакой тайны в обилии воды нет, поскольку H₂O — вообще самое распространенное из сложных (т. е. состоящих из двух или более химических элементов) веществ во Вселенной. Ведь это соединение водорода, из которого космос состоит на 77%, с удерживающим почетное третье место кислородом (на втором месте гордый гелий, который ненавидит вступать в химические связи). Между прочим, планетологи до сих пор спорят, какова роль падавших на юную Землю комет в формировании океанов. По некоторым оценкам, мы должны благодарить хвостатых как минимум за треть живительной влаги на нашей планете.

Кроме льдов, в кометах есть силикатные породы в разных вариантах сервировки: от мелкой пыли до крупных скал. Очень интересный компонент кометного коктейля — органика. В основном это простейшие соединения вроде уже упоминавшегося метана или циановодорода (HCN). Но встречаются и более интересные вещества. Например, целых 45 процентов твердых частиц, отловленных зондом «Розетта» в атмосфере кометы Чурюмова—Герасименко, представляли собой органику, и в основном сложную. Кометы могли сыграть свою роль в поставках на древнюю Землю органического субстрата, из которого зародилась жизнь.

Наконец, в составе комет присутствуют и металлы, правда, в очень небольших количествах. В популярном сейчас фильме «Не смотрите вверх» (название которого ошибочно перевели как «Не смотрите наверх») хвостатое небесное тело оказывается кладезем редких металлов, важных для электронной промышленности. Некий техномиллиардер жаждет заполучить этакое богатство, и ничем хорошим для Земли эта авантюра не заканчивается. В реальности же охочим до металлов магнатам не стоит уповать на кометы, уж лучше обратить свое внимание на некоторые астероиды. А еще лучше — научиться как следует перерабатывать отходы, но это уже совсем другая история.

Как вырастить хвост

Что происходит с кометой, когда она приближается к Солнцу? Под солнечными лучами лед начинает испаряться. Мощный поток газов увлекает за собой и пыль. «Ледяной астероид» превращается в ядро кометы, окутанное атмосферой — комой. Ядро и кома — это голова кометы, а вот хвоста у нее пока еще нет.

Кома обычно появляется на расстоянии около 10 а. е. от Солнца. Комета Бернардинелли—Бернштейна отличилась и здесь: первые признаки истечения газов были заметны уже с 24 а. е. Почему? Во-первых, эта комета уж очень велика. Во-вторых, это, похоже, ее первый визит к Солнцу, и она едва начала тратить запасы льда.

На расстоянии 3–4 а. е. от Солнца у кометы начинает расти хвост. Это вещество комы, которое вытягивается давлением солнечного света в направленный от Солнца шлейф. Хвост кометы может простираться на десятки и даже сотни миллионов километров. Он так разрежен, что с точки зрения земного инженера представляет собой глубокий вакуум, так что астрономы называют кометные хвосты «видимым ничто». В такой разреженной среде каждый атом предоставлен самому себе. Так что, поглощая фотон солнечного света, он не сталкивается с другими атомами, а испускает точно такой же фотон. Так и возникает этот свет из пустоты. Есть, правда, и более тонкие и не до конца изученные механизмы свечения.

Облачное хранилище

В базе данных Лаборатории реактивного движения NASA значится более 3600 комет. Эти цифры регулярно обновляются, потому что обнаружить новую комету можно даже в любительский телескоп, а уж профессиональные системы патрулирования неба открывают их пачками.

Более 2800 из этих комет (почти 80%) — долгопериодические, то есть совершающие один оборот более чем за 200 лет. Причем это «более» зачастую означает десятки и сотни тысячелетий. Они приходят к нам с малоизученных окраин Солнечной системы.

Остальные примерно 800 хвостатых — короткопериодические. Самая шустрая из них — комета Энке, обегающая Солнце чуть больше чем за три года. А, например, более степенная комета Галлея тратит на один оборот 76 лет. Считается, что все короткопериодические кометы начинали как долгопериодические, но потом были сбиты с пути гравитацией планет-гигантов и застряли в близких окрестностях Солнца. Все такие бедолаги разбиты на семейства по именам планет, взявших их в плен: семейство Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

На окраинах владений Солнца обретается множество крошечных ледяных тел. Но почти ни одно из них никогда не пересекает даже орбиты Нептуна. Что же заставляет ядро будущей кометы резко сменить курс и отправиться в головокружительный вояж к звезде?

В середине XX века считалось, что это столкновение кометных ядер друг с другом. Однако такое ДТП может уменьшить большую полуось орбиты (она же — среднее расстояние до Солнца), но никак не увеличить ее. А орбиты долгопериодических комет очень-очень вытянутые и протяженные. Получается, что родина комет лежит невероятно далеко от нашей звезды.

Так в построениях теоретиков родилось облако Оорта, которое начинается в тысячах и заканчивается в сотнях тысяч астрономических единиц от светила. Дремлющие там кометные ядра так слабо связаны с Солнцем, что нарушить их орбиту может не только столкновение друг с другом, но и, например, гравитация проходящей мимо звезды.

Облака Оорта никто никогда не видел. Ни один телескоп не может рассмотреть маленькие холодные объекты на таком расстоянии. Его существование — гипотеза, призванная объяснить происхождение долгопериодических комет. И в последние годы эта гипотеза зашаталась.

Дело в том, что гораздо ближе к Солнцу (в десятках астрономических единиц) обнаружился пояс Койпера, а за ним — рассеянный диск. Там хватает не только мелких объектов, способных стать кометными ядрами, но и крупных, которые могут разгонять будущие кометы своей гравитацией. При таком гравитационном пинке орбита может сильно растянуться, так что объект родом с 50-й астрономической единицы будет выглядеть как пришелец из гипотетического облака Оорта. В связи с этим некоторые астрономы считают, что пора достать бритву Оккама и сбрить ею это самое облако. Впрочем, сообщество в целом пока не готово к столь радикальному шагу.

Как умирают кометы

Ничто не вечно не только под Луной, но и над ней. Вот и кометы не только рождаются: они стареют и умирают.

Механизм старения комет очевиден. Кома и хвост состоят из испаряющегося вещества ядра кометы. Все, что испаряется, когда-нибудь испарится до конца.

В 1986 году к комете Галлея приблизились советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2», а также европейский «Джотто». Они обнаружили, что ядро кометы — черное, как свежий асфальт: оно отражало только 4 процента падающего света. Хороша ледяная глыба! Дело в том, что только на памяти человечества эта комета обошла Солнце уже 32 раза (записи о ней существуют с 467 года до нашей эры). По мере того как испарялся лед, смешанная с ним пыль оседала на поверхности и в конце концов образовала плотную корку. Она могла бы предохранять лед от дальнейшего испарения, будь она цельной, без дыр и трещин (что, конечно, не так).  К слову, дело происходило в момент максимального сближения с Солнцем, так что поверхность ядра была разогрета почти до 90 градусов Цельсия. Ежесекундно небесное тело теряло 45 тонн газа и 5–8 тонн пыли. При таких темпах самая знаменитая комета продержится еще около 1300 оборотов. Если до этого она не распадется на части, превратившись в метеорный поток, как это часто бывает с рыхлыми «комьями снега». Если же тугоплавкий остаток ядра сохранит целостность, он перейдет в разряд вымерших комет, которые отличаются от астероидов только своей славной историей.

Угроза с неба

Более эпичный, но и гораздо более редкий сценарий гибели кометы — падение на планету. Воочию астрономы наблюдали такое событие лишь однажды, когда в 1994 году фрагменты кометы Шумейкера—Леви врезались в Юпитер. Правда, в 2009 году наблюдатели заметили в атмосфере планеты-гиганта нечто похожее на след свежего удара, но само столкновение на сей раз осталось за кадром.

Падали ли кометы на Землю? Несомненно. Случалось ли это в историческое время? Вполне возможно. Есть гипотеза, что Тунгусское тело было фрагментом кометного ядра. Несмотря на 10-мегатонный взрыв, поваливший лес на десятки километров вокруг, так и не было обнаружено ни кратера, ни обломков метеорита. Это легко совместить с падением «кома грязного снега», но никак не каменного астероида. К тому же метеорит пришел с направления, совпадающего с радиантом метеорного потока Таурид, а он связан с кометой Энке.

В фильме «Не смотрите вверх» к Земле приближается комета с ядром диаметром 9 километров. Процесс открытия кометы и вычисления орбиты показан с многочисленными ошибками, но ладно уж. Авторы пафосно называют хвостатую «убийцей планет» и грозятся, что она уничтожит «все живое». Ученые пытаются донести до общества, что нужно хотя бы попытаться ее уничтожить, но общество… общество такое общество. Из вакханалии управленческого идиотизма выкристаллизовывается проект техномиллиардера. Он хочет выслать к комете роботов, которые раздробят ядро кометы на 30 кусков. После этого каждый робот (а он всего в несколько раз больше человека) примет свой фрагмент кометы в нежные объятия и мягко опустит его на Землю. Ну а там уже можно будет поживиться неведомо откуда взявшимися на комете металлами. Роботов, кстати, разрабатывают и создают всего за несколько месяцев (в этом месте у тех, кто знаком со сроками подготовки реальных космических миссий, начинается нервный смех).

Затея благополучно проваливается: комету не удается раздробить. Не помогают ни мифические «квантовые взрыватели», ни «ядерные реакции, изученные в CERN» (какие-какие реакции? На борту частных дронов были ядерные бомбы, или в CERN открыли ядерные реакции в куске льда?). Когда же нетронутая комета таки падает, это вызывает землетрясения и извержения вулканов по всей Земле.

По пунктам. Падение девятикилометрового объекта вызовет огромные цунами и, возможно, массовые пожары. За ними может последовать нечто вроде ядерной зимы. Это приблизительно сценарий гибели динозавров, каким его описывают сторонники астероидной гипотезы. Мало никому не покажется, но о тотальном уничтожении жизни на Земле речи не идет. Землетрясение будет только одно и локальное — в момент удара. Вулканы вообще не заметят происходящего.

И самое главное: тридцатая часть девятикилометрового ядра кометы (если оно сферическое) будет иметь диаметр почти три километра. Делить на 30 нужно не диаметр, а объем, хотя в Голливуде, возможно, не слышали о школьной геометрии. И этакая махина будет двигаться со скоростью в десятки километров в секунду. Ну и как робот размером в несколько метров мог бы «удержать и посадить» это? Пожалуй, настолько креативным разработчикам не стоило бы доверять создание не только летающих роботов, но и кухонных табуретов. В общем, Вселенная, как обычно, гораздо сложнее и интереснее досужего вымысла. Оторвите глаза от киноэкрана и посмотрите вверх. Где-то там есть кометы.