Текст книги "Кометы. Странники Солнечной системы"

II. Как изучают кометы

Я уже рассказал о том, где живут кометы и откуда прилетают, а в следующей главе мы поговорили об их природе – что они представляют собой на самом деле. А сейчас самое время рассказать о длинном и тернистом пути их познания и изучения. Человечество на всем протяжении задокументированной истории уделяло кометам особое внимание и приписывало им важную роль. Тысячелетиями люди ассоциировали эти небесные тела с грядущими войнами и смертями, и во многом благодаря подобной дурной славе мы знаем так много исторических, а не чисто астрономических записей наблюдения комет. Я начну свой рассказ с древних времен, когда над египетской пустыней возвышались еще белоснежные пирамиды…

В Древнем Египте астрономии придавали огромное значение. Египетские жрецы были одними из первых астрономов-наблюдателей. Они не знали «почему», они знали лишь, что так должно происходить. Когда на небе впервые замечали яркий Сириус – приходило время разлива Нила, земного отражения небесной реки Млечного Пути. С созвездиями, звездами и планетами самым тесным образом был связан как религиозный, так и сельскохозяйственный календарь. Египтяне уже знали пять планет, и именно эти знания об их движении в Древнюю Грецию привез Евдокс Книдский. И конечно же они видели странные звезды, иногда появляющиеся на небе. Одним из документальных подтверждений этому являются иероглифические надписи внутри пирамиды фараона VI династии Древнего Царства Пепи (Пиопи) II. В загробный мир его ведет именно «длинноволосая звезда». Примечательно, что сейчас мы знаем имя его проводника – с большой долей вероятности это была знаменитая комета Хейла – Боппа, открытая в 1995 году. Вот такая завораживающая связь времен! Многие из нас видели эту космическую странницу на весеннем небе в 1997 году, а в прошлое появление ее наблюдали древние египтяне, жизнь которых давно превратилась для нас в мифы и легенды. Это, кстати, один из первых документально подтвержденных примеров наблюдения комет в истории человечества.

Отдельный вопрос, на который пока нет точного ответа, какие из документально подтвержденных наблюдений считать самыми первыми. В конце XVIII века Александр Гуа Пингре писал, что первое подобное наблюдение состоялось в 2349 году до нашей эры. Клим Иванович Чурюмов в своей книге «Кометы и их наблюдение» приводит данные Уильяма Уистона, опубликованные в том же веке, о том, что одно из первых документально подтвержденных наблюдений комет датируется 2296 годом до нашей эры. Более современные исследования середины прошлого века, проведенные Балдетом, говорят, что первой может быть комета 2315 года до нашей эры. В целом все эти кометы можно считать в большей степени мифическими. Возможно, первые документально подтвержденные наблюдения косматых странников записаны на древневавилонских каменных табличках, хранящихся сейчас в Британском музее, и рассказывающих о комете 674 года до нашей эры. Как раз в этом веке, хотя и немного позже, начинается регулярная регистрация новых комет древнекитайскими астрономами, которые внесли неоценимый, я бы сказал недооцененный, вклад в изучение этих объектов. Итак, достоверно известно, что до нас дошли записи об исторических наблюдениях с VII века до нашей эры из Вавилона и Китая. Записи китайских астрономов поражают своей обширностью: на регулярной основе они велись до XVII века нашей эры и содержат данные о более чем трехстах кометах! Древние китайцы называли кометы «звездами-метлами» (хуэй син) и, как и прочие народы, считали их плохим предзнаменованием. Кстати, именно китайские наблюдатели комет одними из первых подметили, что хвост-метла всегда направлен в противоположную от Солнца сторону, хотя дальнейшего развития эта идея не получила. В одном из ранних документов, относящемся к 612 году до нашей эры, возможно, описана самая известная из всех косматых странниц – комета Галлея. Хотя, скорее всего, это неверная привязка, так как комета должна была пройти свой перигелий несколькими годами ранее. Зато мы знаем точно, что древнекитайские астрономы фиксировали все появления этой кометы с 240 года до нашей эры вплоть до 1607 года, на закате эпохи Мин – более 1300 лет! Их европейские коллеги впервые увидят эту комету или, что более вероятно, задокументируют свои наблюдения, значительно позже – лишь в 66 году нашей эры. Первые упоминания о кометах в русских летописях датируются 912 годом (Лаврентьевская летопись), и это была та же самая комета Галлея. Безусловно она заслуживает отдельного рассказа, ведь именно она перевернула многие наши представления о подобных космических странниках.

А пока на дворе IV век до нашей эры и в науке о кометах доминирует непререкаемое мнение великого Аристотеля, учителя самого Александра Македонского, о том, что кометы не более чем атмосферные испарения, поднимающиеся в область небесного огня и горящие там гигантскими факелами, видимыми по всей Земле. То есть он не причислял кометы к объектам космоса, равным планетам и звездам. Непререкаемый авторитет ученого пагубно повлиял на процесс изучения комет, который стагнировал. Даже создатель великого астрономического научного труда – «Альмагеста» – Клавдий Птолемей не уделил кометам никакого внимания, полагаясь на то, что эта тема уже полностью раскрыта. Кометы все также оставались «сигнальными кострами», зажигаемыми богами. И люди, хотевшие в это верить, трактовали эти знаки так, как им было нужно. Комета 371 года до нашей эры, нависшая над спящими военными лагерями Фив и Спарты, ознаменовала победу первых в битве при Левктрах и забвение вторых. Кстати, эта комета могла относиться к семейству околосолнечных комет, о которых мы поговорим в отдельной главе.

Кометы не только «предвещали» войны, смерть и вселенский мор, они являлись знаками для властителей судеб. По их цвету и форме ученые мужи, жрецы и неравнодушные граждане строили свои предсказания будущего. Особо в этом деле преуспел Плиний Старший[30]30
  Гай Плиний Секунд (22–24 гг. н. э. – 24 или 25 августа 79 г. н. э.) – древнеримский писатель и ученый, автор труда «Естественная история». – Прим. ред.


[Закрыть], который классифицировал все кометы по двенадцати типам, где они представлялись в виде сабель, дротиков и копий, бородатыми, косматыми и даже в виде лошадиной гривы. Некоторые ученые считали, что кометы – это рой близких звезд, огонь которых соединен воедино. Весной 44 года нашей эры, сразу после мартовских ид[31]31
  Иды (лат. Idus, от этрусск. iduare, «делить») – в римском календаре так назывался день в середине месяца. На 15-й день месяца иды приходятся в марте, мае, июле и октябре; на 13-й – в остальных восьми месяцах.


[Закрыть], на которых был жестоко убит Гай Юлий Цезарь, на небе в течение недели горела комета, которую посчитали чудесным явлением убитого императора, истинно взошедшего на небеса, к звездам и богам. Это событие спешно увековечили в статуе. Спустя шестнадцать лет, в 60 году, над Землей снова вспыхнул хвост кометы, и римляне решили, что это нехороший знак для ненавистного многим императора Нерона. Тот, услышав подобную молву, решил по-своему обмануть судьбу – просто уничтожить всех тех, кто, по его мнению, мог быть причастным к его свержению и убийству. Комета летела высоко в небесах, а на Земле лилась кровь. И так в истории человечества будет происходить не единожды.

На изломе тысячелетий начали появляться светлые умы, которые не хотели слепо верить тому, что, казалось бы, давно объяснено. Древнеримский философ, поэт и государственный деятель Луций Анней Сенека, помимо всего прочего, устремил свой ищущий взгляд и на кометы. В своей седьмой книге «О природе» он поднимает вопросы, которые на столетия опередят свое время. Сенека вполне резонно замечает, что кометы не «висят» на одном и том же месте над головой, а, как и ночные светила, восходят и заходят. Он революционно заявляет, что для разгадки тайны этих объектов необходимо собрать все сведения о прежних их появлениях: быть может, часть из них мы уже видели ранее, а тогда их природа более подобна планетам, обращающимся по своим орбитам вокруг неподвижной земной тверди. Он не признает идею Аристотеля, умело аргументируя свои возражения признанному столпу науки. К примеру, в 146 году до нашей эры, незадолго до Ахейской войны, которая поставила точку в независимости Греции, и та была полностью подчинена великому Риму, на небе вновь пылала комета, «не уступавшая в размерах Солнцу». Но сколько же нужно соединить звезд, чтобы превзойти само Солнце? – резонно вопрошал Сенека. Теория и наблюдательная практика явно не согласовывались между собой и, конечно, это видел не он один. Артемидор из Эфеса и Аполлоний из Минда также считали, что каждая из комет есть планета, но видимая только небольшую часть времени, так как в остальное время «свет их темен», либо же мы можем видеть эти объекты лишь в определенных крайних точках их орбит. Человеческая мысль шла вперед, но понадобится еще полторы тысячи лет, чтобы люди наконец-то раскрыли тайну комет.

А мы, пропустив Темные века, переносимся в эпоху Возрождения. 1577 год. Известный астроном и астролог Тихо Браге приступает к возведению своей обсерватории «Ураниборг» («Замок Урании[32]32
  Урания (др. – греч. Οὐρανία, лат. Ūrania, Ūraniē) – муза астрономии в древнегреческой мифологии. Дочь Зевса и Мнемозины, рождена в Пиерии.


[Закрыть]») на пожалованном ему королем Фредериком II в вечное пользование острове Вен, что лежит в двадцати километрах от Копенгагена. Осень украшена потрясающим зрелищем – Великой кометой 1577 года[33]33
  Великая комета 1577 года (С/1577 V1) – яркая долгопериодическая комета, по некоторым данным достигшая яркости –7^m, хвост которой простирался более чем на 60 градусов.


[Закрыть], и Браге начинает наблюдения этой небесной гостьи. В немецком Граце комету наблюдает и шестилетний Иоганн Кеплер, держа за руку свою маму. Они еще поработают вместе, полностью и окончательно перевернув знания человечества о Солнечной системе, но это будет нескоро. А пока Браге педантично записывает данные о положении кометы на протяжении семидесяти четырех дней. Собрав все записи воедино, как свои, так и астронома Тадеаша Гаека[34]34
  Тадеаш Гаек (чеш. Tadeáš Hájek, 1525–1600) – чешский астроном, алхимик и астролог, личный врач императора Рудольфа II. Один из сторонников системы мира Коперника. Основатель меридианной астрономии.


[Закрыть] из Праги, и убедившись в отсутствии значимого параллакса[35]35
  Параллакс – изменение видимого положения объекта относительно бесконечно удаленного фона в зависимости от положения наблюдателя.


[Закрыть] наблюдений, который присутствовал даже при наблюдениях Луны, Тихо Браге делает вывод – кометы не могут являться образованиями в атмосфере Земли, они находятся далеко, много дальше Луны, там, где обращаются планеты.

Да, говоря об открытии Браге, стоит упомянуть и другого астронома – Иоганна Мюллера[36]36
  Иоганн Мюллер (нем. Johannes Müller, 1436–1476) – выдающийся немецкий астроном, математик и астролог. Имя Региомонтан (лат. Regiomontanus) образовано от латинизированного названия родного города ученого (лат. Regiomontium = нем. Königsberg).


[Закрыть], более известного как Региомонтан. За сто лет до описываемых событий он следил за движением Великой кометы 1472 года, аккуратно зарисовывая ее положение относительно звезд и отмечая изменения направления ее хвоста. К сожалению, он так и не понял причин изменения его ориентации, всегда направленной против Солнца, и не довел свои исследования движения комет до конца, скончавшись в возрасте сорока лет. Открытие космической природы комет откладывалось еще на сто лет.

Но вернемся к Тихо Браге, который до конца отстаивал геоцентрическую модель мира, отрицая гелиоцентрическую систему Николая Коперника[37]37
  Николай Коперник (польск. Mikołaj Kopernik, нем. Niklas Koppernigk; 1473–1543) – польский и немецкий астроном, математик, механик. Наиболее известен как автор фундаментального научного труда «О вращении небесных сфер» и гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции.


[Закрыть], хотя, казалось бы, у него на руках были неопровержимые наблюдательные данные. При этом он твердо стоял за право комет быть космическими жителями нашей планетной системы. В научном мире все еще главенствовал постулат великого Аристотеля, казавшийся незыблемым на протяжении стольких веков! Даже Галилео Галилей[38]38
  Галилео Галилей (итал. Galileo Galilei; 1564–1642) – итальянский физик, механик, астроном, философ, математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Стал первым ученым, который начал использовать зрительные трубы для изучения космических объектов. Сторонник гелиоцентрической модели мира.


[Закрыть] не смог принять революционного открытия датского астронома, объяснив отсутствие параллакса тем, что кометы есть оптический эффект, иллюзия, а у подобных «нефизических» объектов не может быть и параллакса. Да, печальный пример Джордано Бруно[39]39
  Джордано Бруно (итал. Giordano Bruno; 1548–1600) – итальянский католический священник, монах-доминиканец, философ-пантеист и поэт, активный сторонник гелиоцентрической модели Коперника и теории бесконечности Вселенной. Признан инквизиционным трибуналом «нераскаявшимся, упорным и непреклонным еретиком» и сожжен на костре 17 февраля 1600 г.


[Закрыть], взошедшего на костер на площади Цветов в Риме, хорошо отрезвлял. И все же авторитета Тихо Браге хватило, чтобы постепенно сломать прежнее, уже окаменелое, представление о кометах как огнях в небесах. Их признали полноправными жителями космического пространства, и уже совсем скоро люди научатся определять и их кеплеровы орбиты[40]40
  Кеплерова орбита – путь движения одного тела относительно другого в виде эллипса, параболы или гиперболы, описывается шестью элементами орбиты, определяющими положение небесного тела в пространстве в задаче двух тел.


[Закрыть].

На протяжении десяти лет, с 1609 по 1619 год, преемник великого Тихо Браге – Иоганн Кеплер – публикует эмпирически выведенные им на основе наблюдений Тихо законы, но на гелиоцентрическую систему мира пока наложено табу. В 1664 году была открыта первая Великая комета эпохи Просвещения – C/1664 W1, или Великая комета 1665 года. Только представьте себе список ученых, которые наблюдали ее: Исаак Ньютон, Эдмунд Галлей, Роберт Гук, Ян Гевелий, Джованни Кассини. Ее яркость и внешний вид будоражат всех – от простого горожанина до «короля-солнца»[41]41
  Людовик XIV де Бурбон, «король-солнце» (фр. Louis XIV Le Roi Soleil) – король Франции и Наварры с 1643 по 1715 гг. Один из самых влиятельных монархов Франции за всю историю, сторонник абсолютизма. – Прим. ред.


[Закрыть]. Кстати, именно эта комета побудила будущего отца классической механики, который наблюдал ее будучи студентом Кембриджа, увлечься астрономией. Конечно, и эта «хвостатая» была уличена в появлении Великой эпидемии чумы в Лондоне и, чтобы два раза не ходить, – еще и в Великом пожаре следующего года. Король Португалии Афонсу VI, посчитавший, что комета грозит лично ему, даже пытался стрелять в нее из пистолета. Интерес к кометам был, и был он огромным. Дошло до того, что король Франции Людовик XIV созывает в Париже первое в истории собрание ученых, посвященное кометам, чтобы те наконец-то объяснили, что же это за объекты. До понимания их физической природы было еще далеко, но астрономы уже склонялись к тому, что, скорее всего, это тела, пересекающие Солнечную систему по незамкнутым параболическим траекториям.

Великая комета 1664 года

В 1665 году маленькому мальчику Эдмунду Галлею еще девять лет, но именно он внесет неоценимый и революционный вклад в исследования комет. Спустя двенадцать лет, будучи студентом третьего курса Оксфорда, Галлей публикует научную работу «Об орбитах планет» и отправляется на остров Святой Елены для изучения южного неба. Результатом этой работы станет публикация «Каталога южного неба» в 1679 году, после чего Галлей переключится на новую задачу – исследование силы, которая управляет движением планет. В 1680 году германский астроном Готфрид Кирх впервые открывает комету с помощью нового научного инструмента – телескопа. Именно на этой комете Ньютон будет оттачивать свои расчеты. В 1682 году на небе загорается новая яркая странница, и Галлей берется за определение ее орбиты, но сталкивается с трудностями и обращается к Ньютону, зная, что тот уже долгое время работает над этой задачей, но не рассказывает о своих научных результатах. Именно по просьбе Галлея в ноябре 1684 года Ньютон публикует научный трактат «О движении», который станет предтечей его революционной работы «Математические начала натуральной философии» 1687 года. В этой работе Исаак Ньютон постулирует свой закон Всемирного тяготения – фундаментальный закон классической механики, который провозглашает приход нового, гелиоцентрического миропорядка. Но давайте вернемся к Галлею…

Эдмунд Галлей

Вооружившись новейшим математическим аппаратом Ньютона и архивными наблюдательными данными с 1337 по 1698 год, в том числе и наблюдениями Тихо Браге, Эдмунд садится за определение орбит двадцати четырех комет, по которым собраны длинные ряды измерений. После долгой работы, в 1705 году, он публикует фундаментальный труд «Краткий обзор астрономии комет», главной целью которого считает подтверждение закона всемирного тяготения, а также проверку гипотезы Ньютона, что кометы совершают обращение вокруг Солнца по чрезвычайно вытянутым, но все же замкнутым эллиптическим орбитам. Именно в этой работе он впервые отмечает, что орбиты комет 1531, 1607 и 1682 годов очень схожи между собой и все их измерения можно объединить в одну общую орбиту со средним периодом обращения вокруг Солнца равным 75,5 года! А зная период обращения, опять же по закону Ньютона можно легко определить большую полуось орбиты и ее эксцентриситет. И эти параметры с большой точностью совпадают с современными расчетами на эпоху 1682 года. Вот так кометы из бездомных странников превратились в жителей Солнечной системы. Выполнив расчеты с учетом простейшего возмущения кометной орбиты гравитацией Юпитера и Сатурна, Галлей предположил, что в следующий раз небесная странница 1682 года должна прилететь в 1758 году.

Сам Эдмунд Галлей, хотя и прожил долгую и насыщенную жизнь, так и не увидел триумфального возвращения кометы, которая пока еще не носила его имени – он скончался в 1742 году, в возрасте восьмидесяти пяти лет. Шли годы – и вот время настало! Астрономы внимательно следили за небом в ожидании возвращения уже знаменитой кометы. Этим занимался и молодой Шарль Мессье, о котором я еще обязательно расскажу отдельно. Прошло лето, а за ним осень – кометы не было. Неужели ошибка и крушение такой стройной и элегантной теории? За расчеты садятся французские математики и астрономы: Алексис Клод Клеро, Жозеф Жером Лефрансуа де Лаланд и первая французская женщина-математик – Николь-Рейн Лепот. Плодом их титанических усилий станет уточнение орбиты кометы и расчетов даты прохождения перигелия – при более точном учете гравитационных возмущений дата сдвигалась на 13 апреля 1759 года. Комета должна была прилететь, но немного «запаздывала» относительно расчетов самого Галлея. Но все же она будет открыта в 1758 году, точно в канун католического Рождества. И сделает это немецкий астроном-любитель Иоганн Георг Палич[42]42
  Иоганн Георг Палич (нем. Johann Georg Palitzsch; 1723–1788) – немецкий естествоиспытатель, астроном-любитель, первым переоткрывший комету Галлея в 1758 г. Помимо этого, занимался наблюдением переменных звезд. В его честь назван один из лунных кратеров и астероид (11970) Palitzsch.


[Закрыть]. Комета пройдет перигелий 13 марта 1759 года – французские ученые ошибутся всего на месяц. И в том же году французский астроном Никола-Луи де Лакайль впервые назовет эту комету именем Галлея. А годом позже Алекси Клеро опишет свои методы расчета движения комет (эфемериды) и приближенного решения задачи трех тел в научном труде «Теория комет».

В следующий раз комету ожидали в 1835 году. Более точные расчеты немецкого астронома Отто Августа Розенбергера, учитывающие гравитационные возмущения от открытой к тому времени планеты Уран[43]43
  Уран – седьмая планета Солнечной системы, третья по диаметру и четвертая по массе. Открыта в 1781 г. английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана.


[Закрыть], дали ошибку определения даты прохождения перигелия всего в четверо суток. А первое прохождение перигелия в XX веке, намеченное на 20 апреля 1910 года, было с высокой точностью предсказано в 1907 году английскими астрономами Филипом Гербертом Коуэллсом и Эндрю Клодом де ля Шеруа Кроммелином с помощью новейшего математического аппарата – численных методов интегрирования движения небесных тел, основные принципы которого современные астрономы используют и по сей день. В этих расчетах, разумеется, учитывались все восемь[44]44
  Планета Нептун открыта 23 сентября 1846 г. Восьмая и самая дальняя от Солнца планета Солнечной системы, четвертая по диаметру и третья по массе.


[Закрыть] планет Солнечной системы, о которых мы знаем. По иронии судьбы, планета Нептун также была открыта благодаря математическим расчетам. В начале XX века ученым наконец-то удалось «связать» воедино все разрозненные наблюдения кометы Галлея начиная с 240 года до нашей эры, тем самым ее наблюдательная дуга превысила 2200 лет! Последний перигелий комета Галлея прошла 8 февраля 1986 года. Именно тогда, впервые в истории человечества, комету изучали несколько космических аппаратов, выводя исследования космических странников Солнечной системы на абсолютно новый уровень. Об этом мы поговорим в конце главы, а пока давайте вернемся на Землю.

На протяжении тысячелетий люди наблюдали кометы визуально, сначала используя лишь зрение, а позже применяя оптические инструменты, которые расширили наши возможности. В 1680 году впервые была открыта комета с помощью телескопа – комета Кирха или, как ее еще называли, комета Ньютона. А спустя 178 лет, в сентябре 1858 года, комету впервые запечатлели на фотографии. Это стало началом новой эры изучения хвостатых странниц – фотографического наблюдения и исследования. Первой в истории космической фотомоделью стала комета Донати (C/1858 L1), открытая итальянским астрономом Джованни Баттиста Донати 2 июня 1858 года. Ее семисекундный снимок был получен 27 сентября в Уолтоне-на-Холме английским фотографом-портретистом Уильямом Ашервудом с помощью объектива диаметром 82 мм и фокусным расстоянием 305 мм. К сожалению, эта историческая фотография не сохранилась. А первую фотографию, полученную через телескоп, сделал на следующую ночь американский астроном Джордж Филлипс Бонд в обсерватории Гарвардского колледжа. Это был тот самый ученый, который получил первую фотографию звезды – ею стала Вега – и первый фотоснимок двойной звезды – известного всем Мицара из ручки Ковша Большой Медведицы. С этого момента все яркие кометы, появлявшиеся на земном небе, активно фотографировали, и ученые уже могли скрупулезно изучать морфологию как головы кометы, так и ее хвостов.

Как раз в 1858 году выдающийся российский астроном Федор Александрович Бредихин занялся исследованием строения хвостов комет. Немецкий астроном Фридрих Вильгельм Бессель первым сделал вывод о том, что динамика частиц кометного хвоста вызвана отталкивающими силами, исходящими от Солнца и изменяющимися обратно пропорционально квадрату гелиоцентрического расстояния[45]45
  Гелиоцентрическое расстояние – расстояние от небесного тела (планеты, кометы, астероида и др.) до центра Солнца.


[Закрыть]. Опираясь на его труды по исследованию хвоста кометы Галлея при ее появлении в 1835 году, Бредихин создал максимально точную на то время «механическую теорию кометных форм». Его математическая модель позволила описать поведение вещества – малых пылевых частичек – как в голове кометы, так и внутри ее хвоста. Пыль, выброшенная из ядра кометы, начинает двигаться не только под действием притяжения к Солнцу, но и отталкиваясь от него вследствие давления солнечного света. Что же касается газового или, как его еще называют, ионного хвоста кометы, который «развевается» в потоке солнечного ветра, то до открытия этого плазменного эффекта и даже появления самого термина «солнечный ветер», введенного американским астрофизиком Юджином Паркером, оставалось еще сто лет. В 1877 году в свет вышла классификация кометных хвостов, в которой Бредихин изначально разделил их на три типа: прямолинейные, в виде изогнутого конуса и короткие прямые хвосты. В 1884 году он добавил и четвертый тип – аномальный хвост, направленный к Солнцу. Но более подробно об украшениях комет – их хвостах, а также структуре их ядер, газово-пылевой оболочке и физических свойствах мы поговорим в следующей главе, а здесь продолжим повествование о развитии наших знаний о кометах.

Итак, первые фотоснимки комет были получены; следующим этапом стали спектроскопические исследования. Ими занялся все тот же астроном, в честь которого была названа первая сфотографированная комета – Джованни Донати. Идея одновременной регистрации всей ширины электромагнитного спектра была реализована немецким ученым Йозефом Фраунгофером еще в начале XIX века. В его первом приборе – спектроскопе – луч света, прошедший через специальные щели и линзы, превращался в узкий пучок параллельных лучей, которые, падая на призму, расщеплялись, и волны разной длины отклонялись на разные углы. Изображение наблюдали через специальную трубку с нанесенной на нее шкалой для измерений. Изобретение фотографии многое поменяло не только в повседневной жизни, но и в различных областях науки. Вместо трубки стали использовать фотокамеру, и спектры стали проецировать на фотопластинку для их дальнейшего анализа.

В 1862 году Донати опубликовал работу о возможности определения физических свойств звезд по их спектрам. А в 1864 году ученый, уже имевший опыт получения спектров Солнца и ярких звезд, впервые провел спектроскопические наблюдения яркой кометы C/1864 N1 (Tempel), или 1864 II по старой номенклатуре. Заметим, что спектроскопические измерения голов комет отличаются от исследования звезд. В большей степени газово-пылевые оболочки комет «светят» отраженным солнечным светом, то есть их спектр ничего не говорит нам о химических элементах в составе головы кометы. Чем активнее комета, тем выше вероятность зафиксировать эмиссионные линии – линии излучения веществ, входящих в состав окружающей ядро газово-пылевой оболочки. Но состав самого ядра все равно от нас скрыт.

Донати повезло: на фоне отраженного солнечного спектра он увидел несколько эмиссионных линий, хотя и не смог их идентифицировать. Спустя четыре года ему помог с этим английский астроном-любитель Уильям Хаггинс, первым установивший, что это свечение принадлежит молекулам двухатомного углерода (C₂). В 1881 году уже сам Хаггинс, который построил частную обсерваторию и всерьез занялся новым направлением в астрономии, с помощью щелевого спектрографа обнаружил эмиссионные линии активного радикала циана CN, а также молекулы трехатомного углерода (C₃) в газово-пылевой оболочке кометы Теббатта (C/1881 K1), или Великой кометы 1881 года. Независимо ее спектр изучал и другой гениальный самоучка – американский врач и астроном-любитель Генри Дрейпер (Дрэпер). Кстати, именно он получил первый широкоугольный снимок кометного хвоста. Спектроскопия комет стала научной обыденностью, но продолжила совершенствоваться.

Наступил XX век. В 1909 году мир ждал нового пролета кометы Галлея. Во-первых, это было ее первым появлением с момента изобретения фотографии, а во-вторых, ученые уже были вооружены и другим научным новшеством – спектроскопией. Комета была обнаружена, или, как говорят астрономы, переоткрыта, 11 сентября 1909 года немецким астрономом Максимилианом Вольфом в Гейдельбергской обсерватории с помощью 72-сантиметрового телескопа-рефлектора как объект 16–17 звездной величины. 20 апреля 1910 года она прошла перигелий, а 18 мая ее ядро оказалось точно на фоне диска Солнца. В этот момент Земля погрузилась в ее протяженный хвост, из-за чего, конечно же, началась паника, но об этом я более подробно расскажу в другой главе. За этим историческим транзитом следили многие обсерватории по всему миру, в том числе и в Москве. Наблюдения проводили Витольд Карлович Цераский и Павел Карлович Штернберг. Они не смогли, как и их зарубежные коллеги, зафиксировать ядро кометы и на основании этого дали верхнюю оценку диаметра ядра – не более двадцати километров, что подтвердилось при следующем пролете кометы в 1986 году.

Комета Донати

В ходе сближения кометы Галлея с Землей в 1910 году было получено свыше полутысячи фотоснимков и около сотни спектрограмм. В ее хвосте были обнаружены смертельно опасные для человека циан (C₂N₂) и угарный газ (CO). Конечно, вещество в хвосте кометы настолько разрежено, что оно не могло нанести вреда нашей планете и ее населению. Накопленные научные данные позволили немецкому астроному и физику Карлу Шварцшильду и химику Ричарду Крону в 1911 году понять механизм свечения кометных молекул, а советскому астроному Сергею Владимировичу Орлову, внесшему большой вклад в исследования комет, создать теорию формирования и эволюции кометных голов.

В 1930-х годах советский астроном и известный исследователь комет Сергей Константинович Всехсвятский, автор фундаментального научного труда «Физические характеристики комет», пытается развить гипотезу французского математика и астронома Жозефа-Луи Лагранжа, предложенную им еще в 1812 году, говорящую о том, что кометы – это выбросы вещества с поверхности планет и спутников. Но это был ошибочный путь. В начале 1940-х годов советский ученый Отто Юльевич Шмидт предлагает новую концепцию формирования планетных систем – из протопланетного диска путем аккумуляции (объединения) малых тел. Эта теория впервые объяснила деление планет Солнечной системы по массе и химическому составу, а позже была дополнена теорией гравитационной аккреции вещества.

Комета Галлея в 1910 году

Начало 1950-х годов выдалось революционным в области изучения комет. В 1950 году американский астроном Фред Лоуренс Уиппл[46]46
  Фред Лоуренс Уиппл (англ. Fred Lawrence Whipple, 1906–2004) – американский астроном, исследователь комет, метеоров, планетарных туманностей, проблем эволюции звезд и Солнечной системы. Открыл 6 комет.


[Закрыть] в серии статей предлагает общепринятую теперь концепцию строения кометных ядер: они состоят из смеси льдов (замороженных летучих веществ) и тугоплавкого каменистого метеоритного вещества. Данная теория «грязного снежка» была подтверждена космическими миссиями, о которых я расскажу совсем скоро, а о теории формирования кометных ядер мы поговорим уже в следующей главе. В том же переломном для наших знаний о кометах году Ян Оорт предлагает научному миру свое видение основного источника долгопериодических комет, о чем мы уже подробно говорили в первой главе. Спустя год немецкий астроном Людвиг Бирман впервые дает верное объяснение динамики плазменных кометных хвостов, изменения в которых вызваны взаимодействием с потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца – с еще не открытым тогда солнечным ветром.

На протяжении столетий кометы наблюдали в видимой области электромагнитного спектра, а во второй половине XX века ученые наконец-то смогли изучать кометы и в других диапазонах длин волн. В 1973 году были предприняты первые попытки зафиксировать радиоизлучение комет. Для этой цели выбрали потенциальную «комету столетия» – C/1973 E1 (Kohoutek)[47]47
  Долгопериодическая комета, открытая чешским астрономом Лубошем Кохоутеком 7 марта 1973 г. в Гамбургской обсерватории (Германия).


[Закрыть], которая, правда, как это часто бывает с косматыми странниками, не оправдала возложенных на нее надежд. Радионаблюдения комет в непрерывном спектре могут дать уникальную информацию о внутренней коме, а оптические и спектральные данные, наоборот, о внешней составляющей головы кометы и ее хвосте. Радиоизлучение впервые наблюдали в декабре 1973 года на волне длиной 1,4 мм и в январе 1974 года на волне 3,71 см. Источником этого излучения считается облако ледяных частичек, находящееся в непосредственной близости от кометного ядра; размер облака оценивается в 850 километров. Но никакого точечного источника зафиксировано не было. Также не удалось получить отраженный сигнал (эхо) от ядра кометы в ходе ее радиолокации с помощью 37-метрового радиотелескопа Хэйстэк (Вестфорд, Массачусетс). Негативный результат в науке тоже важен; в данном случае он позволил сделать верхнюю оценку размера ядра кометы – не более 2,1 километра.

Комета Кохоутека

С другой стороны, беспрецедентные мультиспектральные наблюдения кометы Кохоутека, самой «наблюдаемой» до возвращения кометы Галлея в 1986 году, дали ученым новые знания. Впервые в кометах были обнаружены метилцианид, цианистый водород и кремний, а также наконец-то можно было утверждать, что в их составе присутствует вода. Обобщенный анализ данных показал состоятельность модели «грязного снежка» Уиппла, а идея «песчаной отмели», которую параллельно развивал британский астроном Реймонд Литлтон, представлявший ядро кометы как рыхлые, слабосвязанные между собой скопления частиц пыли с незначительным количеством льда, ушла с научной сцены и была забыта.

Начало 1980-х годов ознаменовалось подготовкой человечества к юбилейному, тридцатому визиту кометы Галлея. И в этот раз ее появление зафиксировали уже не на фотопленку, а на сверхсовременный тип детектора – прибор с зарядовой связью (ПЗС). Переоткрыли комету 16 октября 1982 года американские астрономы Дэвид Джуитт и Эдвард Дэниелсон на цифровых снимках с 5,1-метрового телескопа «Хейл» (Маунт Паломар, Калифорния, США). Пролет 1986 года стал поистине вехой в принципиально новом направлении исследования комет – в непосредственной близости (in situ), из космоса. Да, комета Галлея не стала первым объектом, который наблюдали вне пределов земной атмосферы. Первой стала комета C/1969 T1 (Tago-Sato-Kosaka), которую наблюдала «Орбитальная астрономическая обсерватория 2» (ОАО-2): вторая из серии космических обсерваторий-спутников, позволявших проводить наблюдения в ультрафиолетовой, рентгеновской и гамма-областях электромагнитного излучения, которые не пропускает земная атмосфера. Для изучения Вселенной было необходимо вынести детекторы в космос. Первый спутник ОАО-1, запущенный 8 апреля 1966 года, проработал всего три дня, после чего связь с ним была утеряна. А вот второй аппарат, который отправился в космос 7 декабря 1968 года, помог ученым сделать новые потрясающие открытия, в том числе и о кометах.