Комета Хаякутаке: Близкое прохождение 1996 года

Введение

Комета, прошедшая близко к Земле в 1996 году

Комета Хаякутаке (официально обозначенная как C/1996 B2 (Hyakutake)) – комета, открытая 31 января 1996 года. Он уже много лет занимался поиском комет и переехал в префектуру Кагосима отчасти из-за тёмного неба в близлежащих сельских районах. В ночь открытия он использовал мощный бинокль с объективами для сканирования неба. На самом деле, это была вторая комета Хаякутаке; Хаякутаке открыл комету C/1995 Y1 за несколько недель до этого. Наблюдая за своей первой кометой (которая так и не стала видна невооружённым глазом) и окружающим участком неба, Хаякутаке был удивлён, обнаружив другую комету почти в том же месте, где находилась первая. Едва ли поверив в столь быстрое второе открытие, Хаякутаке на следующее утро сообщил о своём наблюдении в Национальную астрономическую обсерваторию Японии. Позже в тот же день открытие было подтверждено независимыми наблюдениями. В момент открытия комета имела звёздную величину 11,0 и кому диаметром около 2,5 угловых минут. Она находилась на расстоянии примерно 2 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. Впоследствии было найдено предварительное изображение кометы на фотографии, сделанной 1 января, когда комета находилась на расстоянии около 2,4 а.е. от Солнца и имела звёздную величину 13,3.

Орбита

Когда были сделаны первые расчёты орбиты кометы, ученые поняли, что она пройдёт всего в 0,1 а.е. от Земли 25 марта. Лишь четыре кометы в предыдущем столетии проходили так близко. Комета Хейла-Боппа уже обсуждалась как возможная "великая комета", и астрономическое сообщество вскоре осознало, что Хаякутаке также может стать зрелищной из-за своего близкого сближения с Землей. Более того, орбита кометы Хаякутаке указывала на то, что она в последний раз посещала внутреннюю Солнечную систему около 17 000 лет назад. Таким образом, все признаки указывали на то, что комета Хаякутаке будет яркой.

Земной проход

В начале марта 1996 года комета Хякутаке стала видна невооружённым глазом. К середине марта комета оставалась довольно неприметной, сияя звёздной величиной 4 с хвостом длиной около 5 градусов. По мере приближения к Земле она быстро увеличивала яркость, а её хвост становился длиннее. К 24 марта комета стала одним из самых ярких объектов на ночном небе, а её хвост простирался на 35 градусов. Комета имела заметный сине-зелёный цвет. Поскольку Хякутаке была яркой всего несколько дней, она не успела завоевать широкую известность, как комета Хейла-Боппа в следующем году. Многие европейские наблюдатели не увидели комету в период её максимальной яркости из-за неблагоприятных погодных условий. Хякутаке прошла через внутреннюю Солнечную систему примерно 17 000 лет назад; гравитационные взаимодействия с газовыми гигантами во время её прохождения в 1996 году значительно изменили её орбиту, и расчёты, основанные на барицентре орбиты кометы, предсказывают, что она не вернётся во внутреннюю Солнечную систему ещё примерно через 70 000 лет. Свидетельства этого события были обнаружены лишь в 1998 году. Астрономы, анализируя старые данные, выяснили, что приборы аппарата «Улисс» зафиксировали резкое падение числа проходящих протонов, а также изменение направления и силы местного магнитного поля. Это указывало на то, что космический аппарат пересек «след» какого-то объекта, скорее всего кометы; однако, какой именно объект вызвал это изменение, сразу установить не удалось. В 2000 году две независимые группы исследователей проанализировали одно и то же событие. Команда, работавшая с данными магнитометра, обнаружила, что изменения в направлении магнитного поля соответствуют ожидаемой картине «натекания» магнитного поля в ионном, или плазменном, хвосте кометы. Эта команда начала поиск возможных кандидатов. Ни одна из известных комет не находилась вблизи аппарата, но, рассмотрев более широкий диапазон, они обнаружили, что Хякутаке, находясь на значительном расстоянии, пересекла орбитальную плоскость «Улисса» 23 апреля 1996 года. Скорость солнечного ветра в тот момент составляла примерно , и при этой скорости хвосту потребовалось бы восемь дней, чтобы достичь точки, где находился аппарат на расстоянии 3,73 а.е., примерно на 45 градусов от плоскости эклиптики. Ориентация ионного хвоста, определённая по измерениям магнитного поля, соответствовала положению источника в орбитальной плоскости кометы Хякутаке. Другая группа, анализировавшая данные ионного спектрометра космического аппарата, обнаружила одновременный резкий всплеск в уровне обнаруженных ионизированных частиц. Относительное содержание обнаруженных химических элементов указывало на то, что объектом, вызвавшим это явление, определённо была комета. На основании данных, полученных аппаратом «Улисс», известно, что длина хвоста кометы составляла не менее 570 миллионов км (360 миллионов миль; 3,8 а.е.). Это почти вдвое больше, чем длина хвоста Великой кометы 1843 года, которая составляла 2 а.е. и являлась самой длинной из известных ранее.

Hyakutake became visible to the naked eye in early March 1996. By mid March, the comet was still fairly unremarkable, shining at 4th magnitude with a tail about 5 degrees long. As it neared its closest approach to Earth, it rapidly became brighter, and its tail grew in length. By March 24, the comet was one of the brightest objects in the night sky, and its tail stretched 35 degrees. The comet had a notably bluish green colour. Because Hyakutake was at its brightest for only a few days, it did not have time to permeate the public imagination in the way that Comet Hale–Bopp did the following year. Many European observers in particular did not see the comet at its peak because of unfavourable weather conditions. Hyakutake had passed through the inner Solar System approximately 17,000 years ago; gravitational interactions with the gas giants during its 1996 passage stretched its orbit greatly, and barycentric fits to the comet's orbit predict it will not return to the inner Solar System again for approximately 70,000 Evidence of the encounter was not noticed until 1998. Astronomers analysing old data found that Ulysses instruments had detected a large drop in the number of protons passing, as well as a change in the direction and strength of the local magnetic field. This implied that the spacecraft had crossed the 'wake' of an object, most likely a comet; the object responsible was not immediately identified. In 2000, two teams independently analyzed the same event. The magnetometer team realized that the changes in the direction of the magnetic field mentioned above agreed with the "draping" pattern expected in a comet's ion, or plasma tail. The magnetometer team looked for likely suspects. No known comets were located near the satellite, but looking further afield, they found that Hyakutake, away, had crossed Ulysses orbital plane on 23 April 1996. The solar wind had a velocity at the time of about , at which speed it would have taken eight days for the tail to be carried out to where the spacecraft was situated at 3.73 AU, approximately 45 degrees out of the ecliptic plane. The orientation of the ion tail inferred from the magnetic field measurements agreed with the source lying in Comet Hyakutake's orbital plane. The other team, working on data from the spacecraft's ion composition spectrometer, discovered a sudden large spike in detected levels of ionised particles at the same time. The relative abundances of chemical elements detected indicated that the object responsible was definitely a comet. Based on the Ulysses encounter, the comet's tail is known to have been at least 570 million km (360 million miles; 3.8 AU) long. This is almost twice as long as the previous longest known cometary tail, that of the Great Comet of 1843, which was 2 AU long.

Состав

Наземные наблюдатели обнаружили этан и метан в комете, что стало первым случаем обнаружения этих газов в кометах. Химический анализ показал, что концентрации этана и метана были приблизительно равны, что может указывать на то, что льды кометы образовались в межзвездном пространстве, вдали от Солнца, которое испарило бы эти летучие молекулы. Льды кометы Хайакутаке, вероятно, сформировались при температуре 20 К или ниже, что свидетельствует о том, что она, скорее всего, образовалась в более плотном, чем в среднем, межзвездном облаке. Количество дейтерия в водяных льдах кометы было определено с помощью спектроскопических наблюдений. Было установлено, что отношение дейтерия к водороду (известное как отношение D/H) составляет около 3, в то время как в океанах Земли это значение составляет около 1,5. Предполагалось, что столкновения комет с Землей могли доставить значительную часть воды в океаны, однако высокое отношение D/H, измеренное в Хайакутаке и других кометах, таких как Хейл-Бопп и комета Галлея, создаёт трудности для этой теории.

Рентгеновское излучение

Одним из больших сюрпризов при прохождении кометы Хякутаке через внутреннюю Солнечную систему стало открытие, что она излучает рентгеновские лучи. Наблюдения, выполненные с помощью спутника ROSAT, выявили очень интенсивное рентгеновское излучение. Это был первый случай, когда наблюдалось подобное у кометы, но астрономы вскоре обнаружили, что почти каждая комета, которую они изучали, излучает рентгеновские лучи. Излучение от Хякутаке было наиболее ярким в форме полумесяца, окружающего ядро, причем концы полумесяца были направлены от Солнца. Предполагается, что причиной рентгеновского излучения является сочетание двух механизмов. Взаимодействие между энергичными частицами солнечного ветра и веществом, испаряющимся с ядра кометы, вероятно, вносит значительный вклад в этот эффект. Отражение солнечных рентгеновских лучей наблюдается и на других объектах Солнечной системы, таких как Луна, однако простые расчеты, предполагающие даже максимально возможную рентгеновскую отражательную способность для молекулы или пылинки, не могут объяснить большую часть наблюдаемого потока от Хякутаке, поскольку атмосфера кометы очень разреженная и диффузная. Наблюдения кометы C/1999 S4 (LINEAR), проведенные с помощью спутника Chandra в 2000 году, показали, что рентгеновское излучение, наблюдаемое от этой кометы, в основном возникает в результате столкновений с обменом зарядом между высокозаряженными ионами углерода, кислорода и азота в солнечном ветре и нейтральными молекулами воды, кислорода и водорода в коме кометы.

Размер и активность ядра

Радарные результаты, полученные в обсерватории Аресибо, показали, что ядро кометы имело около в диаметре и было окружено облаком частиц размером с гальку, выбрасываемых со скоростью несколько метров в секунду. Это измерение размера хорошо соответствовало косвенным оценкам, основанным на инфракрасном излучении и радио наблюдениях. Небольшой размер ядра (ядро кометы Галлея имеет около в диаметре, а ядро кометы Гейла — Боппа — около в диаметре) указывает на то, что комета Хаякутаке должна была быть очень активной, чтобы достичь такой яркости. Большинство комет выделяют газы с небольшой части своей поверхности, но, по-видимому, активной была большая часть или вся поверхность Хаякутаке. Скорость образования пыли оценивалась примерно в 2 кг/с в начале марта, увеличившись до 3 кг/с по мере приближения кометы к перигелию. В течение того же периода скорость выброса пыли возросла с 50 м/с до 500 м/с. Наблюдения за материалом, выбрасываемым из ядра, позволили астрономам определить период его вращения. Когда комета проходила мимо Земли, наблюдалось, как большой выброс или сгусток материала выбрасывался в направлении Солнца каждые 6,23 часа. Второй, меньший выброс с тем же периодом подтвердил, что это и есть период вращения ядра.