Солнечная система - Владимир Сурдин

Наибольшую опасность для биосферы Земли представляют массивные долгопериодические кометы, хотя они и попадают в зону планет земной группы примерно в десять раз реже, чем короткопериодические. Их появление чаще всего бывает неожиданным из-за произвольной ориентации плоскостей орбит и очень больших периодов обращения. На встречных траекториях скорость столкновения этих комет с Землей очень высока — до 72 км/с, что может вызвать колоссальный взрыв. Возможность подобной катастрофы подтверждается фактами: на поверхности Земли обнаружены сотни крупных ударных кратеров.

Одно из самых массовых вымираний флоры и фауны за последние 230 млн. лет произошло 65 млн. лет назад (между мезозойской и кайнозойской биологическими эрами, т.е. на рубеже мелового и третичного геологических периодов), когда исчезло около 2/3 всех биологических видов, включая динозавров. С этим же моментом в геологических отложениях связан слой с повышенным содержанием очень редкого на Земле элемента иридия. Л. Альварес и С. Ванденберг показали, что содержание иридия в тот период на земной поверхности могло резко увеличиться в результате падения крупного кометного ядра, имевшего повышенное содержание этого элемента. Был даже найден кратер с подходящим возрастом и соответствующими морфологическими особенностями, который мог при этом образоваться. Это кратер Чиксулуб диаметром 180 км. на полуострове Юкатан в Мексике. Но причиной вымирания стала не повышенная концентрация иридия, а сильнейший взрыв при столкновении кометного ядра с Землей, который привел к выбросу в атмосферу огромного количества пыли.

Глобальное запыление атмосферы неизбежно приводит к резкому падению температуры ее нижних слоев (на 10—15°С), так как пыль экранирует солнечные лучи. Такое изменение средней температуры может сохраняться до 1 года, вызывая эффект «ядерной зимы» (неизбежный при массовом применении ядерного оружия, откуда и родилось его название). Вполне вероятно, что такой эффект, вызванный падением крупного кометного ядра или астероида, привел 65 млн. лет назад к катастрофической гибели живых организмов.

Еще одно недавнее событие напомнило нам о реальности столкновения с кометой: в июле 1994 г. в Юпитер врезались фрагменты кометы Шумейкеров-Леви-9. Ее обнаружили в окрестности Юпитера в начале 1993 г. уже после того, как она распалась на 20 фрагментов, цепочкой растянувшихся вдоль орбиты. Вероятно, это кометное ядро было разорвано на части приливными силами Юпитера в момент близкого прохождения мимо него. Падение обломков кометы размером от 1 до 10 км. со скоростью около 60 км/с происходило с 16 по 22 июля 1994 г. Эффект был грандиозным. Следы взрывов в виде огромных темных пятен надолго остались в атмосфере Юпитера.

Но столкновения с кометами могут приводить не только к катастрофам. Ряд ученых считает, что сразу после своего формирования охладившаяся поверхность Земли была очень суха (как сейчас лунная), и что практически вся вода и другие летучие соединения были принесены на Землю ядрами комет. Кстати, кометы могли доставить не только воду, но и сложные органические соединения, создав основу для зарождения жизни.

О происхождении комет и их эволюции

В процессе многократных прохождений вблизи Солнца кометы либо истощаются и становятся похожими на астероиды, либо разрушаются и рассеиваются, превращаясь в метеорные потоки, либо сталкиваются с более крупными телами. Казалось бы, число комет должно со временем уменьшаться. Но в действительности количество вновь открываемых комет не уменьшается, а скорее наоборот. Конечно, отчасти это происходит потому, что возрастает количество наземных обсерваторий, увеличиваются наблюдательные возможности и даже просто становится больше людей, занимающихся поиском новых комет. Тем не менее, по оценкам ученых поток комет во внутренние области Солнечной системы не ослабевает. Поэтому, естественно предположить, что взамен исчезающих комет откуда-то постоянно «приходят» новые.

Происхождение комет — это наиболее сложная и интересная проблема для астрономов, изучающих кометы. Лет 50 назад казалось, что ответы на главные вопросы уже получены. В конце 1940-х гг. советские космогонисты О.Ю. Шмидт, Б.Ю. Левин и В.С. Сафронов показали, что в процессе роста планет-гигантов (особенно Юпитера и Сатурна) их гравитационные возмущения становятся настолько сильными, что начинается массовый выброс более мелких первичных тел (планетезималей) из ближайших к орбитам гигантов кольцевых зон. Практически все тела, не вошедшие к этому моменту в состав планет, были выброшены из этих зон. Выброс планетезималей не только мог существенно повлиять на эволюцию пояса астероидов и планет земной группы, но и мог создать на периферии Солнечной системы резервуар кометных тел, из которого они приходят сейчас.

В 1950 г. голландский астрофизик Ян Оорт, проанализировав движение известных в то время 19 долгопериодических комет, обнаружил, что афелии их первичных орбит удалены на расстояние около 200000 а.е. от Солнца. Оорт предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком кометных тел или ледяных планетезималей, которых по его оценке насчитывается до 1011 тел. Если в 1950 г. Оорт исходил из предположения о том, что эти тела были «заброшены» на такие расстояния в результате взрыва гипотетической планеты (которая раньше якобы существовала на месте современного главного пояса астероидов), то уже в 1951 г. он согласился с выводами шмидтовской школы. Предсказанное им кометное облако в дальнейшем стали называть «облаком Оорта». Заметим однако, что идею о существовании связанного с Солнцем семейства комет высказывал еще в начале 1870-х гг. Дж. Скиапарелли.

Итак, согласно гипотезе Оорта, это облако является тем резервуаром комет, в котором они «хранятся» и из которого под действием гравитационных возмущений от сближающихся с Солнцем звезд или гигантских газо-пылевых облаков попадают во внутреннюю область нашей планетной системы как «новые кометы». Однако те же гравитационные возмущения должны вызывать и рассеяние этого облака со временем, поэтому вопрос о его стабильности в течение времени существования Солнечной системы пока не решен.

Новые кометы становятся долгопериодическими, если возмущения от планет-гигантов или других планет не переводят их в разряд короткопериодических. Но о происхождении последних были и специальные гипотезы. Так называемую «эруптивную» гипотезу предложил в 1812 г. Ж.-Л. Лагранж. Он полагал, что кометы рождаются при вулканических выбросах с планет-гигантов. В середине XX в. эта гипотеза была развита С.К. Всехсвятским, который «перенес» источник эруптивных выбросов комет с планет-гигантов на их крупные спутники (где позже действительно была обнаружена вулканическая активность).

Но гипотезы Оорта и Лагранжа-Всехсвятского приходят в противоречие с наблюдательными данными о короткопериодических кометах. Орбиты этих комет лежат близко к плоскости эклиптики. Это обстоятельство свидетельствует о возможной общности их происхождения. В последнее время ряд ученых развивает гипотезу о том, что большинство короткопериодических комет появляется из реликтовых поясов ледяных планетезималей (поясов Казимирчак-Полонской), возникших при формировании Солнечной системы и сохранившихся между планетами-гигантами близ плоскости эклиптики. Как показывают расчеты, между орбитами всех больших планет имеются весьма широкие кольцевые зоны, в которых пояса малых тел могут быть вполне устойчивыми. Минимальные расстояния между зонами сильных возмущений (сферами Хилла) соседних больших планет составляют: 4,0 а.е. (Юпитер—Сатурн), 9,2 а.е. (Сатурн—Уран) и 11,2 а.е. (Уран—Нептун). Все эти величины превышают аналогичное расстояние для пары Марс—Юпитер (3,2 а.е.), в пределах которого стабильно существует главный пояс астероидов.