Введение

Ядро — это твердая центральная часть кометы, ранее называемая «грязным снежным комом» или «ледяным комом грязи». Ядро кометы состоит из горных пород, пыли и замороженных газов. При нагревании Солнцем газы сублимируются и образуют атмосферу, окружающую ядро, известную как кома. Сила, оказываемая на кому давлением солнечного излучения и солнечным ветром, приводит к формированию огромного хвоста, направленного от Солнца. Типичное ядро кометы имеет альбедо 0,04. Это темнее угля и может быть вызвано покрытием из пыли. Данные, полученные с космических аппаратов «Розетта» и «Филе», показывают, что ядро кометы 67P/Чурюмова — Герасименко не имеет магнитного поля, что позволяет предположить, что магнетизм, возможно, не играл роли в раннем образовании планетезималей. Кроме того, спектрограф ALICE на борту «Розетты» установил, что электроны (в пространстве над ядром кометы), образованные в результате фотоионизации молекул воды солнечным излучением, а не фотоны от Солнца, как предполагалось ранее, ответственны за разрушение молекул воды и углекислого газа, высвобождаемых из ядра кометы в кому. 30 июля 2015 года ученые сообщили, что космический аппарат «Филе», совершивший посадку на комету 67P/Чурюмова — Герасименко в ноябре 2014 года, обнаружил по крайней мере 16 органических соединений, четыре из которых (включая ацетамид, ацетон, метилизоцианат и пропиональдегид) были впервые обнаружены на комете.

Парадигма

Ядра комет, размером от ~1 км и до, в некоторых случаях, десятков километров, не могли быть различимы в телескопы. Даже современные гигантские телескопы дали бы лишь несколько пикселей на ядро, при условии, что оно не было скрыто комой, когда комета находилась близко к Земле. Понимание строения ядра, в отличие от явления комы, приходилось восстанавливать по совокупности косвенных данных.

"Летающий песок"

Модель "летающего песчаника", впервые предложенная в конце 1800-х годов, рассматривает комету как рой тел, а не единый объект. Активность объясняется потерей как летучих веществ, так и составляющих этого роя. В середине века эту модель активно поддерживал Раймонд Литтлтон, предложив также объяснение её происхождения. Согласно этой гипотезе, при прохождении Солнца сквозь межзвездную туманность, вещество уплотнялось в вихревых потоках. Часть вещества терялась, а часть оставалась на гелиоцентрических орбитах. Механизм слабого захвата объяснял существование длинных, эксцентричных и наклонных кометных орбит. Самого льда было недостаточно; летучие вещества удерживались за счет адсорбции на частицах.

"Грязный снежный шар"

Начиная с 1950-х годов Фред Лоуренс Уиппл опубликовал свою модель "ледяного конгломерата". Вскоре она стала широко известна как "грязный снежный ком". Орбиты комет были определены с высокой точностью, однако кометы иногда обнаруживались "не по расписанию", с отклонением до нескольких дней. Ранние кометы объяснялись наличием "сопротивляющейся среды", например, "эфира", или кумулятивным воздействием метеороидов на переднюю часть кометы (комет). Но кометы могли возвращаться как раньше, так и позже ожидаемого времени. Уиппл предположил, что слабое воздействие от асимметричных выбросов (сейчас известные как "негравитационные силы") лучше объясняет сроки появления комет. Для этого необходимо, чтобы источник выбросов обладал когезионной прочностью – то есть представлял собой единое, твердое ядро с определенным содержанием летучих веществ. Литтлтон продолжал публиковать работы о "летящих песчаных банках" вплоть до 1972 года. Комета Галлея положила конец теории "летящих песчаных банков". Изображения, полученные аппаратами "Вега-2" и "Джотто", показали единое тело, испускающее вещество через небольшое количество струй.

Размер

Считается, что большинство ядер комет имеют диаметр не более 16 километров. Ядра комет содержат примерно равное количество льда и пыли. Во время пролета в сентябре 2001 года космический аппарат Deep Space 1 наблюдал ядро кометы Боррелли и обнаружил, что его размеры составляют примерно половину (8×4×4 км) размеров ядра кометы Галлея. Комета Хейла-Боппа была видна невооруженным глазом благодаря своему необычно большому ядру, которое выделяло большое количество пыли и газа. Диаметр ядра P/2007 R5, вероятно, составляет всего 100–200 метров. Самые крупные кентавры (нестабильные, пересекающие орбиты планет, ледяные астероиды) оцениваются в 250–300 км в диаметре. Три из крупнейших включают 10199 Харикло (258 км), 2060 Хирон (230 км) и (523727) 2014 NW (≈220 км). Известные кометы имеют среднюю плотность 0,6 г/см³. Ниже приведен список комет, для которых были оценены размеры, плотность и масса.
Наименование Размеры, км Плотность, г/см³ Масса, кг
Комета Галлея 15 × 8 × 8 3
Темпель 1 7,6×4,9 0,62 0,6 1,0

Состав

Когда-то считалось, что водяной лед является основным компонентом ядра. В модели "грязного снежного кома" пыль выбрасывается при сублимации льда. Исходя из этого, около 80% ядра кометы Галлея составлял бы водяной лед, а замороженный монооксид углерода (CO) – еще 15%. Большая часть оставшегося – это замороженный углекислый газ, метан и аммиак. Наши представления изменились в сторону преобладания горных пород; современные оценки показывают, что вода составляет лишь 20-30% массы типичных ядер. Данные, полученные для комет Чурюмова-Герасименко и Аррокота, а также лабораторные эксперименты по аккреции, указывают на то, что соотношение тугоплавких веществ к льду меньше 1, вероятно, невозможно. Состав водяного пара кометы Чурюмова-Герасименко, определенный в ходе миссии "Розетта", существенно отличается от состава воды на Земле. Соотношение дейтерия к водороду в воде кометы оказалось в три раза выше, чем в земной воде. Это делает маловероятным происхождение земной воды от таких комет, как Чурюмов-Герасименко.

Структура

На комете 67P/Чурюмова–Герасименко часть образовавшегося водяного пара может улетучиваться из ядра, но 80% его повторно конденсируется в слоях под поверхностью. Это наблюдение позволяет предположить, что тонкие слои, обогащенные льдом, обнаженные вблизи поверхности, могут быть результатом кометной активности и эволюции, и что глобальное слоистость не обязательно формируется на ранних этапах истории кометы. Измерения, выполненные посадочным модулем Philae на комете 67P/Чурюмова–Герасименко, указывают на то, что слой пыли может достигать значительной толщины. Под ним находится твердый лед или смесь льда и пыли. Пористость, по-видимому, возрастает к центру кометы. Хотя большинство ученых полагали, что все данные свидетельствуют о том, что структура ядер комет представляет собой скопления обработанных обломков более мелких ледяных планетезималей предыдущего поколения, миссия "Розетта" опровергла представление о том, что кометы являются "грудами обломков" из разнородного материала. Миссия "Розетта" показала, что кометы могут представлять собой "скопления обломков" из разнородного материала. Данные не позволили сделать окончательные выводы об условиях столкновений во время и сразу после формирования кометы.

Разделение

Ядро некоторых комет может быть хрупким, что подтверждается наблюдениями за их распадом. Примеры комет, распавшихся на части, включают 3D/Biela в 1846 году, Shoemaker–Levy 9 в 1992 году и 73P/Schwassmann–Wachmann в период с 1995 по 2006 год. Греческий историк Эфор сообщал о распаде кометы еще зимой 372–373 годов до нашей эры. Предполагается, что кометы распадаются из-за теплового напряжения, внутреннего давления газа или столкновения. Кометы 42P/Neujmin и 53P/Van Biesbroeck, вероятно, являются фрагментами родительской кометы. Численное моделирование показало, что обе кометы в январе 1850 года сблизились с Юпитером, и что до 1850 года их орбиты были практически идентичны.

Альбедо

Ядра комет – одни из самых темных объектов, известных в Солнечной системе. Зонд "Джотто" обнаружил, что ядро кометы Галлея отражает около 4% падающего на него света, в то время как свежий асфальт отражает 7%. Предполагается, что сложными органическими соединениями состоит темный поверхностный материал. Солнечное тепло высвобождает летучие вещества, оставляя после себя тяжелые органические соединения с длинными цепями, которые обычно очень темные, как деготь или сырая нефть. Именно темнота поверхности комет позволяет им поглощать тепло, необходимое для их дегазации. Около шести процентов околоземных астероидов, как считается, являются вымершими ядрами комет (см. "Вымершие кометы"), которые больше не подвергаются дегазации. Два околоземных астероида с такой низкой отражательной способностью – 14827 Гипнос и 3552 Дон Кихот.