Кометы, сближающиеся с Солнцем

Введение

Комета, приближающаяся очень близко к Солнцу в течение части своей орбиты.

Солнцескрежущая комета – это комета, которая проходит чрезвычайно близко к Солнцу в перигелии, иногда в пределах нескольких тысяч километров от поверхности Солнца. Хотя небольшие солнцескрежущие кометы могут полностью испариться при таком близком подходе к Солнцу, более крупные могут пережить множество перигелийных проходов. Однако сильное испарение и приливные силы, которым они подвергаются, часто приводят к их фрагментации. До 1880-х годов считалось, что все яркие кометы вблизи Солнца – это повторные возвращения одной и той же солнцескрежущей кометы. Затем немецкий астроном Генрих Кройц и американский астроном Дэниел Кирквуд установили, что каждое появление – это не возвращение одной и той же кометы, а разные кометы, связанные с группой комет, отделившихся друг от друга при более раннем проходе вблизи Солнца (в перигелии). До 1979 года о популяции солнцескрежущих комет было известно очень мало, пока коронографические наблюдения не позволили их обнаружить. По состоянию на 21 октября 2017 года известно 1495 комет, приближающихся на расстояние около 12 солнечных радиусов (~0,055 а.е.). Это составляет почти треть всех комет. Большинство этих объектов испаряются при близком подходе, но комета с радиусом ядра более 2–3 км, вероятно, переживет перигелийный проход с конечным радиусом около 1 км. Солнцескрежущие кометы были одними из первых наблюдаемых комет, поскольку они могут казаться очень яркими. Некоторые из них даже считаются великими кометами. Близкий проход кометы к Солнцу увеличивает её яркость не только из-за отражения от ядра кометы, когда она находится ближе к Солнцу, но и из-за того, что Солнце испаряет большое количество газа из кометы, который, в свою очередь, отражает больше света. Это экстремальное увеличение яркости может позволить наблюдать комету невооруженным глазом с Земли, в зависимости от летучести газов и достаточности размера кометы для переживания перигелия. Эти кометы являются полезным инструментом для понимания состава комет, поскольку мы наблюдаем их газовыделение, а также предоставляют возможность изучить влияние солнечной радиации на другие тела Солнечной системы.

A sungrazing comet is a comet that passes extremely close to the Sun at perihelion – sometimes within a few thousand kilometres of the Sun's surface. Although small sungrazers can completely evaporate during such a close approach to the Sun, larger sungrazers can survive many perihelion passages. However, the strong evaporation and tidal forces they experience often lead to their fragmentation. Up until the 1880s, it was thought that all bright comets near the Sun were the repeated return of a single sungrazing comet. Then, German astronomer Heinrich Kreutz and American astronomer Daniel Kirkwood determined that, instead of the return of the same comet, each appearance was a different comet, but each were related to a group of comets that had separated from each other at an earlier passage near the Sun (at perihelion). Very little was known about the population of sungrazing comets until 1979 when coronagraphic observations allowed the detection of sungrazers. As of October 21, 2017, there are 1495 known comets that come within ~12 solar radii (~0.055 AU). This accounts for nearly one third of all comets. Most of these objects vaporize during their close approach, but a comet with a nucleus radius larger than 2–3 km is likely to survive the perihelion passage with a final radius of ~1 km. Sungrazer comets were some of the earliest observed comets because they can appear very bright. Some are even considered Great Comets. The close passage of a comet to the Sun will brighten the comet not only because of the reflection off the comet nucleus when it is closer to the Sun, but the Sun also vaporizes a large amount of gas from the comet and the gas reflects more light. This extreme brightening will allow for possible naked eye observations from Earth depending on how volatile the gases are and if the comet is large enough to survive perihelion. These comets provide a useful tool for understanding the composition of comets as we observe the outgassing activity and they also offer a way to probe the effects solar radiation has on other Solar System bodies.

До XIX века

Одной из первых комет, для которой была вычислена орбита, была солнцескрежающая (и Великая комета) 1680 года, ныне обозначенная как C/1680 V1. Её наблюдал Исаак Ньютон и опубликовал результаты вычисления орбиты в 1687 году. Позже, в 1699 году, Жак Кассини предположил, что кометы могут иметь относительно короткие орбитальные периоды и что C/1680 V1 является той же кометой, что и комета, наблюдавшаяся Тихо Браге в 1577 году, однако в 1705 году Эдмонд Галлей установил, что разница между расстояниями в перигелии этих двух комет слишком велика, чтобы они могли быть одним и тем же объектом. Тем не менее, это был первый случай, когда была выдвинута гипотеза о том, что Великие кометы могут быть связаны между собой или даже являться одной и той же кометой. Впоследствии Иоганн Франц Энке вычислил орбиту C/1680 V1 и определил период обращения около 9000 лет, что привело его к выводу об ошибочности теории Кассини о короткопериодических солнцескрежающих кометах. Комета C/1680 V1 имела наименьшее из измеренных расстояний в перигелии до наблюдения кометы C/1826 U1 в 1826 году. В дальнейшем был проанализирован её спектр, и подтверждено наличие спектральных линий Fe и Ni.

20 век

Первая комета, проходящая вблизи Солнца, наблюдавшаяся в XX веке, была зарегистрирована в 1945 году, а затем, между 1960 и 1970 годами, было замечено пять комет, ныряющих к Солнцу (C/1961 O1, C/1962 C1, C/1963 R1, C/1965 S1 и C/1970 K1). Комета 1965 года (комета Икея-Секи) позволила провести измерения спектральных линий излучения, и было обнаружено несколько элементов, включая железо, что сделало её первой кометой после Великой кометы 1882 года, продемонстрировавшей эту особенность. Среди других линий излучения были обнаружены линии K, Ca, Ca+, Cr, Co, Mn, Ni, Cu и V. Комета Икея-Секи также привела к разделению комет группы Кройца на две подгруппы Брайаном Марсденом в 1967 году. Одна подгруппа, по-видимому, имеет комету 1106 года в качестве родительского тела, а её члены являются фрагментами этой кометы, в то время как другая группа демонстрирует схожую динамику, но не имеет подтвержденного родительского тела.

Коронографические наблюдения

20-й век оказал значительное влияние на исследования комет, сближающихся с Солнцем, с запуском коронографических телескопов, включая Solwind, SMM и SOHO. До этого момента кометы, сближающиеся с Солнцем, наблюдались только невооруженным глазом, но благодаря коронографическим телескопам было обнаружено множество гораздо меньших комет, и лишь немногие из них пережили перигелий. Кометы, наблюдаемые Solwind и SMM в период с 1981 по 1989 год, имели звездные величины от приблизительно 2,5 до +6, что значительно слабее кометы Икея-Секи со звездной величиной около 10. Скорости разрушения составляли всего несколько метров в секунду, что сопоставимо со скоростью вращения этих комет. Это привело к выводу о том, что эти кометы разрушаются под действием приливных сил, и что кометы C/1882 R1, C/1965 S1 и C/1963 R1, вероятно, откололись от Великой кометы 1106 года. Коронографы позволили измерять характеристики комет, когда они приближались к Солнцу. Было отмечено, что кометы, сближающиеся с Солнцем, обычно достигают пика яркости на расстоянии около 12,3 или 11,2 солнечных радиусов. Считается, что эта вариация обусловлена различиями в составе пыли. Еще один небольшой пик яркости был обнаружен на расстоянии около 7 солнечных радиусов от Солнца, и он, возможно, связан с фрагментацией ядра кометы.

Круцские соломинки

Самые известные из них — кометы группы Крейца, все они произошли от одной гигантской кометы, распавшейся на множество более мелких комет во время своего первого прохождения через внутреннюю Солнечную систему. Чрезвычайно яркая комета, наблюдавшаяся Аристотелем и Эфором в 371 году до н.э., является возможным кандидатом на роль этой родительской кометы. Великие кометы 1843 и 1882 годов, комета Икея — Секи в 1965 году и C/2011 W3 (Лавджой) в 2011 году — все это фрагменты первоначальной кометы. Каждая из этих четырёх на короткое время была достаточно яркой, чтобы быть видимой днём, рядом с Солнцем, причём комета 1882 года превосходила по яркости даже полную Луну. В 1979 году C/1979 Q1 (SOLWIND) стала первой кометной звездой, обнаруженной американским спутником P78-1 на коронографах, сделанных 30 и 31 августа 1979 года. За исключением кометы Лавджой, ни одна из комет, замеченных SOHO, не пережила прохождение перигелия; некоторые, возможно, упали непосредственно в Солнце, но большинство, вероятно, просто полностью испарились.

Другие солнцезащитные устройства

Около 83% комет, сближающихся с Солнцем и наблюдаемых с помощью SOHO, принадлежат к группе Кройца. Оставшиеся 17% содержат отдельные кометы, приближающиеся к Солнцу, но среди них были выделены три другие связанные группы комет: группы Крахта, Марсдена и Майера. Группы Марсдена и Крахта, по-видимому, связаны с кометой 96P/Machholz. Эти кометы также связаны с несколькими метеорными потоками, включая дневные Ариетиды, дельта-Аквариды и Квадрантиды. Сходство орбит комет позволяет предположить, что у групп Марсдена и Крахта короткий период обращения, порядка пяти лет, в то время как у группы Майера могут быть орбиты промежуточного или большого периода. Кометы группы Майера обычно небольшие, тусклые и не имеют хвостов. Великая комета 1680 года была кометой, сближающейся с Солнцем, и, хотя Ньютон использовал её для проверки уравнений Кеплера, описывающих движение по орбите, она не принадлежала ни к одной из более крупных групп. Однако комета C/2012 S1 (ISON), распавшаяся незадолго до перигелия, имела орбитальные элементы, схожие с орбитой Великой кометы 1680 года, и могла быть вторым представителем этой группы.

Происхождение солнечных комет

Исследования показывают, что для комет с высокими орбитальными наклонениями и перигелийными расстояниями менее примерно 2 астрономических единиц, кумулятивный эффект гравитационных возмущений на протяжении многих орбит достаточен для уменьшения перигелийного расстояния до очень малых значений. Одно исследование предполагает, что у кометы Хейла — Боппа есть около 15% вероятности в конечном итоге стать кометной кометой, сближающейся с Солнцем.

Роль в солнечной астрономии

Движение хвостов комет, переживающих перигелий (например, кометы Лавджоя), может предоставить солнечным астрономам информацию о структуре солнечной короны, в частности, о ее детальной магнитной структуре.