Кіріспе

Юпитермен соқтығысқан комета 1993 жылы астрономдар Кэролин және Юджин М. Шумейкер мен Дэвид Леви анықтады. Шоумейкер-Леви 9 кометасы Шоумейкерлер мен Леви ашқан тоғызыншы периодты комета (орбиталық кезеңі 200 жыл немесе одан аз) болды, сондықтан оның аты. Бұл олардың жалпы алғанда он бірінші кометалық ашылуы болды, оның ішінде екі периодты емес кометаның ашылуы, олар әртүрлі номенклатураны қолданады. Бұл жаңалық 1993 жылы 26 наурызда IAU 5725-ші хабарламасында жарияланды. Ашылған сурет Шоумейкер-Леви 9 кометасының ерекше комета екеніне алғашқы күшті дәлел берді, өйткені ол ұзындығы 50 доға секунд, ені 10 доға секундқа созылған аймақта бірнеше ядроны көрсетті. Астрономиялық телеграммалар жөніндегі орталық бюросының Брайан Г. Марсден комета Жерден көрінгендей, Юпитерден 4 градус қашықтықта ғана орналасқанын және бұл көрініс эффектісі болуы мүмкін болса да, оның көктегі көрінетін қозғалысы кометаның физикалық жағынан планетаға жақын екенін білдірді. Бірнеше басқа бақылаушылар 24 наурыздан бұрын алынған суреттерден кометаның суреттерін тапты, соның ішінде 15 наурыздағы суреттен Кин Эндате, 17 наурыздағы С. Отомо және 19 наурыздағы суреттерден Элеонора Хелин бастаған топ. 19 наурызда Шмидт фотосуреттегі кометаның суретін 21 наурызда М. Линдгрен Юпитер маңындағы кометаларды іздеу жобасында анықтады. Алайда, оның командасы кометалардың белсенді емес немесе ең жақсы жағдайда әлсіз шаң қабығын көрсетуін күткен, ал SL9 ерекше морфологияға ие болғандықтан, оның шынайы табиғаты 5 күннен кейін ресми жарияланғанға дейін танылмаған. 1993 жылдың наурыз айынан бұрын алынған суреттер табылған жоқ. Комета Юпитермен тұтқындалғанға дейін, ол, мүмкін, қысқа мерзімді комета болған, афелийі Юпитер орбитасының ішінде және перигелийі астероидтар белдеуінің ішкі бөлігінде болған. Объект Юпитер орбитасын айналып жүр деп айтуға болатын кеңістіктің көлемі Юпитердің Хилл сферасымен анықталады. 1960 жылдардың аяғында немесе 1970 жылдардың басында комета Юпитерден өткенде, ол афелийге жақын болды және өзін Юпитердің Хилл сферасының ішіне кішкене тапқан. Юпитердің тартылуы кометаны өзіне қарай итермеледі. Кометаның Юпитерге қатысты қозғалысы өте аз болғандықтан, ол Юпитерге қарай тура түсіп кетті, сондықтан ол Юпитер ортасындағы өте жоғары эксцентрикалық орбитаға түсті, яғни эллипс шамамен жалпақталды. Комета 1992 жылы 7 шілдеде Юпитерден өте жақын, оның бұлт түбегінің үстімен - Юпитердің радиусынан кіші қашықтықта және Юпитердің ең ішкі серігі Метистің орбитасы мен планетаның Рош шегінде өтті, оның ішінде су тасқыны күштері гравитациямен ғана біріктірілген денені бұзуға жеткілікті. Планеталық астрономдар үшін одан да қызықтысы - ең жақсы орбиталық есептеулер комета 1994 жылдың шілдесінде Юпитермен соқтығысу ықтималдығы өте жоғары екенін білдіретін, планетаның радиусынан кіші қашықтықтағы Юпитер ортасынан өтеді деп болжады. Зерттеулер ядролар тізбегі шамамен бес күн ішінде Юпитер атмосферасына құлайтынын көрсетті. Астрономдар SL9 көзге көрінетін бөлшектерінің көлемі бірнеше жүз метрден (шамамен 9 метр) дейін жететінін болжады, бұл бастапқы кометаның ядросы 1996 жылы Жердің қасынан өткенде өте жарық болған Хайакутаке кометасынан әлдеқайда үлкен болуы мүмкін екенін көрсетеді. Соқтығысу алдындағы үлкен пікірталастардың бірі - осындай кішкентай денелердің әсері Жерден байқалатын бола ма, тек бір мезгілде олар алып метеорлар сияқты ыдырап кетеді. Ең оптимистік болжам - бұл үлкен, асимметриялық баллистикалық от шары Юпитердің аяғының үстінен көтеріліп, Жерден көрінетін күн сәулесінде болады. Соқтығыстардың басқа әсерлері - планетаны аралап жүрген сейсмикалық толқындар, соқтығыстардан шыққан шаңның әсерінен планетадағы стратосфералық тұманның артуы және Юпитер сақиналар жүйесінің массасының артуы. Алайда, мұндай зілзаланың бұрын-соңды болмағандығын ескерсек, астрономдар оқиғаның не туралы айтуға болатынын алдын ала болжаудан сақ болды. Бұл оқиғалардың болжамдық күні жақындаған сайын, күту күтімі арта түсті, ал астрономдар Жердегі телескоптарды Юпитерде жаттықтырды. Бірнеше ғарыш обсерваториялары да солай істеді, соның ішінде Хаббл ғарыш телескобы, РОСАТ рентген сәулелерін бақылаушы спутник, В. М. Кек обсерваториясы және 1995 жылы Юпитермен кездесуге жоспарланған Галилео ғарыш кемесі. Жерге жанасулар Жерден жасырынған жерде болғанмен, Галилей планетадан алыста болғандықтан, жанасуларды өз көздерімен көріп отырды. Юпитердің жылдам айналысы соқтығысқан жерлерді Жердегі бақылаушыларға соқтығысқаннан кейін бірнеше минуттан кейін көрінуге мүмкіндік берді. Сол кездегі соқтығыстарды бақылаған басқа да ғарыш зондтары болды: негізінен күн бақылауларына арналған Улисс ғарыш кемесі, ол өз орнынан Юпитерге бағытталды, ал алысқа кетіп бара жатқан Вояджер 2 зонды, 1989 жылы Нептунмен кездескеннен кейін, 1–390 кГц диапазонында радио шығарылымды іздеуге және оның ультракүлгін спектрометрімен бақылаулар жасауға бағдарламаланды. Астроном Иан Морисон соқтығыстарды былай сипаттады:
Бірінші соқтығыс 1994 жылғы 16 шілдеде сағат 20:13 UTC-де болды, [кометаның] ядросының А фрагменті Юпитердің оңтүстік жартышарына шамамен түсті. Галилеодағы құралдар шамамен температураға жеткен от шарын анықтады, бұл Юпитердің бұлт қақпасының әдеттегі температурасынан жоғары. Содан кейін ол тез кеңейіп, шамамен температураға дейін салқындады. От шарынан шыққан түйін тез биіктікке көтерілді және HST арқылы байқалды. От шары анықталғаннан кейін бірнеше минуттан кейін Галилео планетаға түсіп жатқан материалдың әсерінен қайтадан қыздыруды өлшеді. Жердегі бақылаушылар алғашқы соқтығыстан кейін шамамен аяғынан көтерілген от шарын байқады. Жарияланған болжамдарға қарамастан, соқтығыстардың басқа атмосфералық әсерлерінің Жерден қаншалықты көрінетіні туралы ешкімнің идеясы болмады. Бақылаушылар жақын арада алғашқы соқтығыстан кейін үлкен қара дақ байқады; дақ Жерден көрінетін. Осы және келесі қара дақтар соқтығыстардан шыққан қиыршықтардың салдары болды деп саналды және соқтығыс бағытының алдында жартылай ай тәрізді пішіндес болды. Келесі алты күн ішінде 21 ерекше соқтығыс байқалды, ең үлкені 18 шілдеде сағат 07:33 UTC-де болды, G фрагменті Юпитерге тиді. Бұл соқтығыс шамамен Жер диаметріне тең (шамамен 140 000 км) қара дақ жасады және шамамен 6 000 000 мегатонна TNT (әлемдік ядролық қарулардың 600 еселенгені) энергиясын шығарды деп бағаланды. 19 шілдедегі 12 сағат арасындағы екі соқтығыс G фрагментінен туған соқтығыс іздерімен салыстырылатын соқтығыс іздерін жасады, ал соқтығыстар 22 шілдеге дейін жалғасты, W фрагменті планетаға тиді.

Химиялық зерттеулер

Байқаушылар бұл соққылар оларға бұлттардың астындағы Юпитерді алғаш рет көруге мүмкіндік береді деп үміттенді, себебі кометаның жоғары атмосфераны тесіп өткен сынықтары төменгі қабаттарды ашып көрсетті. Спектроскопиялық зерттеулер Юпитер спектрінде диатомдық күкірт (S2) және көмір дисульфиді (CS2) салдарынан сіңу сызықтарын анықтады, бұл Юпитерде S2-нің алғашқы және кез келген астрономиялық нысанда екінші рет тіркелген жағдайы болды. Табылған басқа молекулаларға аммиак (NH3) және сутек сульфиді (H2S) кірді. Бұл қосылыстардың мөлшері бойынша күкірттің көлемі кішкентай кометалық ядрода күтілетін мөлшерден әлдеқайда артық болды, бұл Юпитердің ішкі қабаттарынан материал көрініп тұрғанын көрсетті. Астрономдарды таң қалдырғандай, күкірт диоксиді сияқты оттегі бар молекулалар анықталмады. Бұл молекулалардан өзге, темір, магний және кремний сияқты ауыр атомдардың эмиссиясы да тіркелді, олардың мөлшері кометалық ядрода кездесетін мөлшерге сәйкес келді. Судың мол мөлшері спектроскопиялық тұрғыдан анықталғанымен, ол күтілгеннен кем болды, яғни бұлттардың астында бар деп есептелген су қабаты болжамнан жұқарақ болды немесе кометалық сынықтар жеткілікті тереңдікке енбеді.

Басқа ескертулер

Радиобайқаулар ең үлкен соққыдан кейін белгілі бір толқын ұзындығындағы үздіксіз сәулеленудің күрт өсуін көрсетті, бұл планетадан таралатын қалыпты сәулеленудің 120%-ына дейін жетті. Бұл синхротрондық сәулеленудің нәтижесі деп есептелді, ол жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалған релятивистік электрондардың – яғни, жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен қозғалған электрондардың – соққы арқылы Юпитердің магнит сферасына енуінен туындады. K фрагменті Юпитерге енгеннен шамамен бір сағат өткен соң, бақылаушылар соққы орнының маңындағы және Юпитердің күшті магнит өрісіне қатысты соққы орнының антиподындағы жарық шығарылымдарын тіркеді. Юпитердің ішкі магнит өрісі мен соққы орнының геометриясы туралы білімнің жетіспеуіне байланысты бұл эмиссиялардың себебін анықтау қиын болды. Мүмкін болған бір түсіндіру бойынша, соққы толқынының жоғары қарай үдеуі зарядталған бөлшектерді магнит полюсіне жақын планета атмосферасына шабуылдайтын жылдам қозғалатын күн жел бөлшектерімен байланысты құбылыс сияқты, жарық шығаруға жеткілікті жылдамдыққа дейін үдетті. Кейбір астрономдар бұл соққылардың Юпитер мен оның белсенді жанартаулы серігі Ио арасындағы жоғары энергиялы бөлшектер торы – Ио торусына айтарлықтай әсер етуі мүмкін екенін ұсынды. Жоғары ажыратымдылықтағы спектроскопиялық зерттеулер соққы кезінде және одан кейін ион тығыздығының, айналу жылдамдығының және температураның өзгеруі қалыпты шектерде болғанын көрсетті. Voyager 2 жарылыстан кейін ешқандай аномальды ультракөк сәуле немесе радиосигнал деңгейін тіркеген жоқ. Сондай-ақ, Ulysses ешқандай аномальды радиожиіліктерді анықтамады. Бұл болжамдар кейіннен байқаулар арқылы расталған санаулы болжамдардың бірі болды. Соққылардың таң қалдырған жайттарының бірі – бұрынғы болжамдармен салыстырғанда судың аз мөлшерде табылуы болды. Соққыға дейін Юпитер атмосферасының модельдері ең үлкен фрагменттердің 30 килопаскальдан бірнеше ондаған мегапаскальға дейін (0,3-тен бірнеше жүз барға дейін) атмосфералық қысымда ыдырауы мүмкін екенін көрсетті, ал кейбір болжамдар бойынша комета су қабатына еніп, Юпитердің сол аймағында көгілдір тұманды жасайды деп күтілді. Спектроскопиялық бақылаушылар аммиак пен көміртек дисульфидінің соқтығысқаннан кейін кем дегенде он төрт ай бойы атмосферада сақталғанын анықтады, сонымен қатар, тропосферадағы қалыпты орнына қарағанда, стратосферада аммиактың көп мөлшері анықталды. Керісінше, атмосфера температурасы үлкен соққы орнында кіші соққы орнына қарағанда әлдеқайда жылдам қалыпты деңгейге түсті: үлкен соққы орнында температура кең аймақта көтерілді, бірақ соққыдан кейін бір апта ішінде қалыпты деңгейге оралды. Кіші соққы орнында температура айналадағыдан 10 К (10 °C; 18 °F) жоғары шамамен екі апта бойы сақталды. Соққыдан кейін жаһандық стратосфералық температуралар бірден көтеріліп, содан кейін 2-3 аптадан кейін соққыға дейінгі температурадан төмен түсті, бірақ кейін баяу қалыпты температураға дейін көтерілді.

Соқтығысу жиілігі

SL9 Юпитер орбитасында бір уақыт айналған жалғыз емес; бес комета (соның ішінде 82P/Gehrels, 147P/Kushida–Muramatsu және 111P/Helin–Roman–Crockett) планетамен уақытша тұтқындалғаны белгілі. Юпитер маңындағы кометалық орбиталар тұрақсыз, себебі олар жоғары эллипстік болады және Күннің тартылысынан апожовта (планетадан орбитаның ең алыс нүктесі) күшті бұзылуға ұшырауы мүмкін. Күн жүйесіндегі ең ауыр планета Юпитер объектілерді салыстырмалы түрде жиі ұстай алады, бірақ SL9-дың көлемі оны сирек кездесетін нәрсе етеді: соқтығысқаннан кейінгі бір зерттеу көрсеткендей, диаметріндегі кометалар планетаға шамамен 500 жылда бір рет соқтығысады, ал диаметріндегілер – бар болғаны 6000 жылда бір рет. Бұрын кометалар фрагменттерге бөлініп, Юпитер мен оның серіктерімен соқтығысқандығына күшті дәлелдер бар. "Вояджер" миссиялары кезінде планета ғалымдары Каллистода 13 кратер тізбегін және Ганимедте 3 кратер тізбегін анықтады, олардың пайда болуы бастапқыда жұмбақ болды. Айдағы кратер тізбектері көбінесе үлкен кратерлерден басталады және олардың бастапқы шығарылған материалдың екінші соқтығысынан пайда болғаны саналады, бірақ Юпитердің серіктеріндегі тізбектер үлкен кратерге алып келе қоймады. SL9-дың соқтығысы осы тізбектердің спутниктерге шағылысқан кометалық фрагменттердің тізбектерінен пайда болғанын көрсетті.

2009 жылғы 19 шілдедегі әсері

2009 жылдың 19 шілдесінде, SL9 соқтығысынан дәл 15 жыл өткен соң, Юпитердің оңтүстік жарты шарында Тынық мұхиты сияқты үлкен жаңа қара дақ пайда болды. Термиялық инфрақызыл өлшемдер соқтығыс орнының жылу екенін көрсетті, ал спектроскопиялық талдау Юпитер атмосферасының жоғарғы қабаттарында артық ыстық аммиак пен кремнийге толы шаңның пайда болғанын анықтады. Ғалымдар тағы бір соқтығыс болғанына келісті, бірақ бұл жолы себебі тығыз әрі күштірек объекті болды, бәлкім, әлі ашылмаған кішкентай астероид.

Күн жүйесінің ішкі бөлігін қорғауда Юпитердің рөлі

SL9-дың Юпитермен өзара әрекеттесуі Юпитердің ішкі планеталарды жұлдызаралық және жүйелік қалдықтардан қорғаудағы рөлін айқын көрсетті, ол Күн жүйесі үшін «космикалық шаңсорғыш» қызметін атқарады (Юпитер кедергісі). Планетаның күшті гравитациялық әсері көптеген шағын кометалар мен астероидтарды тартады және Юпитерге кометалардың тию жиілігі Жердегіден 2000-8000 есе жоғары деп есептеледі. Құс емес динозаврлардың Бор дәуірінің соңында жойылуы, әдетте, Бор-Палеоген соқтығысу оқиғасынан туындады деп саналады, ол Чиксулуб кратерін құрады, бұл кометалардың Жердегі өмірге нақты қауіп төндіретінін көрсетеді. Астрономдар Юпитердің зор гравитациясы болмаса, Жерде жойылу оқиғалары жиірек болып, күрделі өмір пайда бола алмауы мүмкін екенін болжайды. Бұл – сирек кездесетін Жер гипотезасында қолданылатын аргументтің бір бөлігі. 2009 жылы Күн жүйесінде Юпитердің орнында кішкентай планетаның болуы кометалардың Жерге тию жиілігін едәуір арттыра алатыны көрсетілді. Юпитердің массасымен тең планета астероидтардан қорғауды күшейтеді, бірақ Күн жүйесіндегі барлық орбиталық денелерге тигізетін жалпы әсері әлі анық емес. Бұл және басқа да жаңа модельдер Юпитердің Жерге тиюлерге тигізетін әсерінің мәніне күмән тудырады.