Подарки от комет и астероидов
Изучение астероидов и комет «на месте» с помощью космических зондов — дело очень интересное, но чрезвычайно дорогое. Особенно сложно доставить их вещество на Землю для детального изучения. За всю историю космонавтики до сих пор (2018 г.) лишь однажды удалось добыть микроскопические частицы с поверхности астероида (25143 Itokawa, зонд «Hayabusa», Япония, 2010) и из хвоста кометы (81P/Wild, зонд «Stardust», NASA, 2006). Поэтому астрономы очень дорожат тем космическим веществом, которое само попадает на Землю, оставляя следы в атмосфере в виде метеоров или падая на поверхность планеты в виде метеоритов.
Рис.7.25. Яркий метеор — болид над пустыней Мохаве (Калифорния). 2009 г.
Пока твердая частица летает в космосе, мы называем ее метеороидом. Когда она с большой скоростью влетела в атмосферу Земли и, раскалившись и испаряясь от ударов молекул воздуха, движется, оставляя за собой светящийся плазменный след, — это метеор. А если она не до конца разрушилась и ее остаток упал на землю — это метеорит.
Вспышки обычных метеоров, по яркости сопоставимые со звездами, производят частицы массой в сотые доли грамма и размером не более миллиметра. Они полностью разрушаются на высотах около 80 км и до поверхности не долетают. Увидеть метеор можно в любое время года, но бывают сезоны, когда частота их вспышек значительно возрастает. Наблюдения показывают, что в эти сезоны метеороиды налетают на Землю в основном с одного направления, а значит, движутся в пространстве почти по одной и той же орбите. Это метеорные потоки. Их вызывают мелкие частицы, потерянные одной из комет. При размерах в доли миллиметров такие частицы почти не поддаются давлению солнечного света и солнечного ветра, поэтому они долго движутся в окрестности кометной орбиты.
Рис.7.26. Теряя твердые частицы, комета постепенно заполняет окрестности своей орбиты мелкими метеороидами, которые, попадая в атмосферу Земли, вызывают метеорные потоки.
Каждый метеорный поток связан с той или иной кометой. Теряя частицы, комета постепенно заполняет ими окрестности своей орбиты. Если земная орбита пересекает в одном, а иногда и в двух местах траекторию кометы, то мы попадаем на несколько дней в область, богатую мелкими метеороидами, и наблюдаем метеорный поток. Например, знакомый многим августовский метеорный поток Персеиды дарит нам комета 109P/Свифта—Тутля. А комета Галлея даже дважды пересекается с земной орбитой, и мы получаем от нее два метеорных потока в разные сезоны года: η-Аквариды в мае и Ориониды в октябре.
Рис.7.27. Схема рассеивания осколков меторита.
Хотя мелкие частицы комет до земли не долетают, изучая спектры их вспышек в атмосфере, т. е. метеоры, можно узнать кое-что о химическом составе твердого вещества кометы. Сами кометы или их крупные фрагменты врезаются в Землю нечасто (что приятно — вспомните о Тунгусском событии 1908 года), поэтому детально изучить эти явления до сих пор не удавалось. В принципе от попадания в Землю небольших комет могут оставаться метеориты, но если они ледяные, то долго не сохранятся. Ну разве что в Антарктиде или в Гренландии…
Влетая в атмосферу Земли и двигаясь вниз, метеороид попадает во все более плотные слои атмосферы. Его скорость велика, плотность воздуха, который на него налетает, растет, и вещество начинает разрушаться, дробиться на осколки разного размера. Крупные фрагменты тормозятся долго, мелкие — быстро, и в результате на Земле образуется «эллипс рассеивания» — зона, «посыпанная» осколками. Эти эллипсы бывают весьма большими — 2–15 км. Так что даже если вы точно вычислили место падения метеорита, не так просто собрать все его осколки.
Долго сохраняются на поверхности Земли каменные и железные метеориты, которые считаются осколками астероидов. Иногда по траектории полета в атмосфере удается восстановить исходную орбиту соответствующего метеороида и понять, из какой области Солнечной системы он пришел. Химический и минеральный состав самого метеорита в некоторых случаях помогает выяснить, от какого астероида он откололся. А некоторые метеориты надежно определяются как осколки лунной и марсианской поверхности. Поэтому метеориты — бесценный дар для исследователей Солнечной системы. Им мы посвятим отдельную главу в будущих изданиях этих Лекций.
8. Приливы и отливы в морях и в Солнечной системе
Продолжим разговор о силах, действующих на небесные тела, и возникающих при этом эффектах. В этой лекции я расскажу о приливах и негравитационных возмущениях. Что это значит — «негравитационные возмущения»? Возмущениями обычно называют малые поправки к большой, главной силе. Таким образом, речь пойдет о каких-то силах, влияние которых на объект значительно меньше гравитационных.
Какие в природе бывают силы, кроме гравитации? Сильные и слабые ядерные взаимодействия оставим в стороне, они имеют локальный характер (действуют на крайне малых расстояниях). А вот электромагнетизм, как известно, намного сильнее гравитации и распространяется так же далеко — беспредельно. Но поскольку электрические заряды противоположных знаков обычно уравновешены, а гравитационный «заряд» (его роль играет масса) всегда одного знака, то при достаточно больших массах, конечно же, гравитация выходит на первый план. Так что реально мы будем говорить о возмущениях движения небесных тел под действием электромагнитного поля. Больше вариантов нет, хотя есть еще темная энергия, но она действует лишь на космологических (т. е. очень больших) расстояниях.
Как я рассказывал в одной из предыдущих лекций, простой ньютонов закон тяготения
очень удобно использовать в астрономии, потому что большинство тел имеют близкую к сферической форму и достаточно удалены друг от друга, так что при расчете их можно заменить точками — точечными объектами, содержащими всю их массу. Но тело конечного размера, сравнимого с расстоянием между соседними телами, все-таки испытывает разное силовое влияние в разных своих частях, потому что эти части по-разному удалены от источников гравитации, и это нужно учитывать.
Притяжение плющит и раздирает
Чтобы ощутить приливный эффект, проделаем популярный у физиков мысленный эксперимент: представим себя в свободно падающем лифте (рис. 8.1). Отрезаем веревочку, удерживающую кабину, и начинаем падать. Пока не упали, можем смотреть, что вокруг нас происходит. Подвешиваем свободные массы и наблюдаем, как они себя поведут. Сначала они падают синхронно, и мы говорим, что это невесомость, потому что все объекты в этой кабине и она сама ощущают примерно одинаковое ускорение свободного падения. Но со временем наши материальные точки начнут менять свою конфигурацию, потому что нижняя из них вначале была чуть ближе к центру притяжения, чем верхняя, поэтому нижняя, притягиваясь сильнее, начинает опережать верхнюю. А боковые точки всегда остаются на одинаковом расстоянии от центра тяготения, но по мере приближения к нему они начинают сближаться друг с другом, поскольку равные по модулю ускорения не параллельны. В результате система несвязанных объектов деформируется. Это и называют приливным эффектом.
Рис.8.1. Деформация системы несвязанных точек при свободном падении.
