Кометы занимают в Солнечной системе совершенно особое
место по специфике их орбит и по своим физическим характеристикам.
Исторически первая научная гипотиза о происхождении
комет была высказана в 1795 г. П.Лапласом. С тех пор предлагалось еще более
двух десятков гипотез о происхождении комет, но ни одна из них не получила
широкого признания. В последние годы опубликовано большое число научных
статей, в которых теоретически и экспериментально обосновывается концепция
о межзвездном происхождении комет. Обобщая результаты последних исследований
по кометной космогонии, можно рассматривать происхождение и последующую
эволюцию комет в ходе четырех этапов.
Первый этап - конденсация кометных ядер в плотном
газопылевом облаке. Согласно современным данным кометные ядра представляют
собой ледяные образования, состоящие в основном (около 90 %) из водяного
льда. В состав кометных льдов входят органические вещества (cпирты, кислоты
и пр.). Кроме того, в ядро включены мелкие твердые частицы минералов и
металлов. Такая модель кометного ядра получила название модели загрязненного
льда.
В настоящее время нет единодушного мнения о структуре
кометных ядер. Обсуждаются две модели: монолитное ядро и рой мелких ледяных
кристаллов.
Второй этап - захват комет в Солнечную систему.
Каким же путем кометные ядра могли оказаться на эллиптических орбитах в
Солнечной системе? Как известно, Солнце движется относительно ближайших
звезд со скоростью 19.5 км/с к точке неба называемой апексом.
Как показал ряд ученых, при своем движении в Галактике
Солнечная система неоднократно проходила сквозь пылевые облака или пересекала
пылевые галактические полосы. Интервалы между такими прохождениями заключены
в пределях от 26 до 100 млн. лет.
В 1977 г. В.В.Радзиевский и В.П.Томанов теоретически
исследовали захват межзвездных комет при их гравитационном взаимодействии
с планетами. Предполагается, что поток кометных ядер идет со скоростью
19.5 км/с из радианта, совпадающего с апексом Солнца. Получено необходимое
и достаточное условие захвата: комета должна пройти около планеты через
некоторый круг ("прицельное яблоко"). Размер прицельного яблока и его положение
относительно планеты зависят от начальной скорости кометных ядер и координат
планеты. Для Юпитера радиус прицельного яблока и растояние его центра от
центра планеты имеют порядок 100 млн. км., а для Земли - около 1 млн. км.
Если кометы динамически связаны с планетами, то
элементы кометных орбит должны завичеть от радиуса орбиты возмущающей планеты.
Выяснилось, что, во-первых, каждая планета может порождать кометные орбиты
с большими полуосями, заключенными в определенных пределах. Во-вторых,
узлы кометных орбит и их перигелии должны группироваться около орбит планет.
Эти два критерия (значение гелиоцентрического расстояния одного из узлов
кометной орбиты и величина большой полуоси орбиты) позволили выявить семейства
долгопериодических комет, генетически связанных с планетами-гигантами.
Третий этап - пребывание комет на долгопериодических
гелиоцентрических орбитах. В жизни комет на этом этапе характерна дезинтеграция
ядра - возгонка кометных льдов при прохождении перигелийной части орбиты
и выдувание продуктов возгонки корпускулярным и электромагнитным излучением
Солнца. Потеря вещества кометой обуславливает вековое уменьшение блеска,
обнаруженное у многих короткопериодических комет. Далее, постепенно, вследствие
накопления за большие промежутки времени малых планетных возмущений элементов
орбит почти параболических и долгопериодических комет, происходит их своеобразная
диффузия. Если при этом энергия кометы возрастает, то она в конечном итоге
может покинуть Солнечную систему, и для нас уже не представляет интереса.
Наиболее важными выводами теории диффузии являются следующие: во-первых,
плоскости орбит долгопериодических комет постепенно приближаются к плоскости
земной орбиты; во-вторых, кометные орбиты как бы подтягиваются к Солнцу.
Подтягиванию орбит в зону планет способствуют также звездные возмущения
и сопротивляющаяся среда.
Приближение орбиты кометы к плоскости земной орбиты
и стягивание к зоне планет увеличивают вероятность близких прохождений
кометы около планет. Третий этап в жизни кометы (этап постепенного
накопления количественных изменений ) заканчивается коренным качественным
изменением орбиты в результате сильных планетных возмущений при очень близких
прохождениях кометы около планеты.
Характер гравитационного взаимодействия кометы с
планетой определяется величиной угла между направлением скорости планеты
и кометы в момент вступления в сферу действия планеты: комета может получить
либо гиперболическую скорость, либо перейти на орбиту с коротким периодом
обращения.
Четвертый этап - движение кометы по орбите, соответствующей
малому периоду обращения. В системе короткопериодических комет уже давно
известны следующие статистические закономерности, имеющие космогонический
смысл: абсолютное большинство комет имеет прямое движение; афелийные расстояния
таких комет близки к радиусам планетных орбит. Именно на этом основании
кометы ранее делились на планетные семейства. Наиболее многочисленным является
семейство Юпитера, включающее более 90 комет. Но недавно высказано мнение,
что короткопериодические кометы с афелиями вблизи Сатурна, Урана и Нептуна
в действительности не имеют генетической связи с этими планетами. Имеет
место повышенная концентрация афелиев около долготы Л=220о.
Короткопериодические кометы менее ярки, чем параболические, причем у них
наблюдается вековое уменьшение блеска. Все эти закономерности легко объясняются
в рамках теории захвата Юпитером долгопериодических комет на короткопериодические
орбиты.
Встречные по отношению к движению Юпитера кометы
получают гиперболические скорости и выбрасываются из Солнечной системы.
Кометы, догоняющие Юпитер, сохраняют планетный характер движения, но переводется
на орбиты с более коротким пкриодом обращения.
Захват комет Юпитером проходит наиболее интенсивно
в районе афелия его орбиты, где минимальна скорость планеты, но максимален
радиус его сферы действия. С другой стороны, вблизи афелия орбиты Юпитера
концентрируются перигелии орбит долгопериодических комет. Все это и приводит
к тому, что афелии короткопериодических комет, захваченных Юпитером, концентрируются
около долготы 220o.
Как уже отмечалось, планетные возмущения приближают
плоскости кометных орбит к плоскости земной орьиты. Однако это очень длительный
процесс, в течение которого комета много раз проходит через зону планет.
Но при каждом обороте комета теряет свою массу и блеск. Таким образом,
фонд захвата составляют старые, дезинтегрировавшие кометы. По этой причине
блеск короткопериодических комет оказывается в среднем значительно меньше,
чем у параболических.
Четвертый этап - это кратковременный заключительный
период существования кометы. Быстрое уменьшение блеска короткопериодических
комет от оборота к обороту свидетельствует о дезинтеграции, истощении кометы.
По мнению многих исследователей, время существования короткопериодической
кометы составляет 300-600 лет. Для нее, по-видимому, возможны два финала:
либо распад кометы и порождение метеорного потока, либо образование на
поверхности кометного ядра пылевого защитного слоя и превращение кометы
в астероид. По мнению ирландского астронома Э.Эпика, астероиды типа Аполлона
- это ядра "высохших" комет.
Гипотеза межзвездного происхождения комет не только
объясняет основные закономерности кометной системы, но и предсказывает
новые эффекты для этих малых тел Солнечной системы, частично упоминавшиеся
выше [9].