Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

При удалении от центра роя параметр S увеличивается. Это означает, что в центральной части роя Персеиды преобладают преимущественно метеорные тела крупных размеров. Аналогичная структура выявляется и при наблюдении роя Квадрантиды. При встрече с этим роем Земля вначале проходит через скопления мелких метеорных тел, а затем сталкивается с более крупными. По характеру изменения параметра S отмечается, что наиболее крупные частицы этого роя сосредоточены в центральной его части. Доля же мелких метеорных тел в роях относительно невелика. При этом предполагается, что основными механизмами образования мелких частиц в роях являются эффекты дробления и космической эрозии. Для частиц с массами < 8,2 10^{– 2} г величина параметра S, вычисленная по результатам измерений притока космической пыли в верхнюю атмосферу в периоды активности потоков Квадрантиды, Персеиды и Геминиды, соответственно равна 1,59, 1,78 и 1,71. Для потока Геминиды отмечалось также уменьшение параметра S до 1,64 к центру потока в 1978 г.

Размеры пространственных неоднородностей в центральной части потока оцениваются до 4000 км, на периферии — до 200 км. По радиолокационным наблюдениям в 1980–1985 гг. метеорного потока Лириды [Porubcan and Simek, 1988] показатель S определен в 1,58 и почти постоянен. Это позволяет предположить, что в потоке Лириды находится больше крупных частиц. Кроме того, постоянная величина S свидетельствует об активно продолжающемся прибавлении метеорного вещества в поток. По наблюдениям метеорного потока Леониды в 1973 г. среднее суточное значение параметра S составляло 2,40 [Porubcan, 1974].

Сделаем несколько замечаний относительно структуры «молодых» метеороидных роев. В большинстве случаев такие рои имеют общепризнанную связь с кометами — Леониды (комета 1866 I), Дракониды (комета Джакобини — Циннера), Андромедиды (комета Биэлы) и т. д. В этом случае основная часть метеорных тел роя все еще остается сконцентрированной на участке орбиты вблизи кометы-родоначальницы, что подтверждается наблюдаемой

заметной активностью таких потоков лишь в течение нескольких лет до и после максимума действия потока. В остальные годы такой поток характеризуется крайне малой интенсивностью. Короткая продолжительность потока свидетельствует о его малом поперечном сечении. Интервал интенсивного действия потока Дракониды в 1946 г. не превышал 6 ч, а ярко выраженный максимум интенсивности длился около 10 мин. По результатам наблюдения этого же потока в 1933 г. получено, что сечение его наиболее плотной центральной части, где плотность метеорных тел равна максимально наблюдавшейся, примерно в 5–6 раз меньше сечения всего потока. Аналогичные результаты получены и для потока Леониды. Кроме того, по результатам наблюдений потока Леониды в 1969 г. [Porubcan, 1974] отмечается наличие весьма неширокой (1,4·10⁴ км) плотной центральной части потока, в которой преобладают неслучайные группировки метеороидных тел. За пределами этой области распределение метеороидных тел в рое случайно. В центральной же части более 10 % всего состава метеороидного комплекса находится в парах или группах. Отсутствие подобных группировок в ежегодных потоках связано с распадом таких систем на фазе отделения от родительской кометы.

На основе данных о метеороидных роях и спорадических метеороидах строятся модели метеороидного вещества в межпланетном пространстве для обеспечения безопасности полетов космических аппаратов. В 1985 г. появились две модели метеороидного вещества в околоземном пространстве — это модель Грюна [Grьn et al., 1985] и ГОСТ 25645.128-85 «Вещество метеорное. Модель пространственного распределения» в СССР. С этого времени модели метеороидного вещества непрерывно модифицировались с учетом новых данных о метеороидах в околоземном и межпланетном пространстве. Новые данные дает применение более совершенных методов интерпретации наземных наблюдений метеоров и данных с космических аппаратов, находящихся в межпланетном пространстве, а также вблизи некоторых планет. К сожалению, в СССР и в России с 1985 г. не было создано постоянно действующих рабочих групп по модификации модели метеорного вещества, тогда как в NASA и ESA такие группы существуют и регулярно выпускают рабочие версии действующих моделей метеороидного вещества, которые используются при проектировании космических аппаратов и планировании различных космических миссий.

В мире для обязательного использования при проектировании космических полетов в разные периоды времени применялись четыре такие модели [Drolshagen et al., 2008]. Их характеристики приведены в табл. 5,4, в которую включена также модель ГОСТ 25645.128-85 «Вещество метеорное. Модель пространственного распределения».

Существуют также модели метеороидного вещества в окрестности других планет земной группы. В последние годы активно исследуется Марс космическими аппаратами NASA. Российская Федерация также планирует в ближайшее время запуск космического аппарата (КА) «Фобос-Грунт» к Марсу, одной из основных задач которого будет исследование спутника Марса Фобоса. Существуют модели метеороидного вещества вблизи Марса и Фобоса, которые позволяют более или менее реально определить степень риска столкновения КА с метеороидными частицами различных масс и размеров, оценить скорость такого столкновения и энергию удара. Одна из таких моделей развивается в Астрономическом институте Санкт-Петербургского государственного университета [Krivov et al., 1995].

Таблица 5.4. Метеороидные модели

5.4. Кометы как родоначальницы метеорных роев

По яйцевидному пути Летит могучая комета. О чем хлопочет пляской света? Что нужно в мире ей найти? Она встает уж много лет, Свой путь уклончивый проводит, Из неизвестного приходит, И вновь ее надолго нет. Как слабый лик туманных звезд, Она в начале появленья — Всего лишь дымное виденье, В ней нет ядра, чуть тлеет хвост. Но ближе к Солнцу — и не та. Уж лик горит, уж свет не дробен, И миллионы верст способен Тянуться грозный след хвоста. К. Бальмонт

К настоящему моменту наиболее признанной является концепция возникновения метеороидных роев как следствия полной или частичной дезинтеграции кометных ядер, существенно усиливающейся при приближении кометы к Солнцу (см. также главу 4). Впервые такое предположение высказал Дж. Скиапарелли (1866), когда отождествил орбиту потока Персеиды с орбитой кометы 1862 II. К 40-м гг. XX в. таких отождествлений было всего четыре: комета 1866 I (она же комета Темпеля — Туттля) — поток Леониды, комета 1862 II — поток Лириды, комета Энке — Баклунда — поток Тауриды, комета 1910 II (Галлея) — потоки Ориониды и -Аквариды. Весьма интересными представляются флуктуации частот появления космических «пришельцев» в окрестности земной орбиты и непосредственно в биосфере Земли. На основе анализа более чем 8000 исторических свидетельств о пролете комет и болидов, падении метеоритов и метеорных дождях за прошедшие 2000 лет были выявлены особые интервалы 0–500 лет, 1000–1250 лет, 1450–1750 лет, изобилующие сообщениями о появлении комет. Была выявлена явная связь между кометами и метеорными потоками. Распад комет на отдельные фрагменты или их частичная дезинтеграция является наиболее активным процессом их эволюции. Он наблюдается у относительно ярких комет и обычно сопровождается различными проявлениями кометной активности. Так, за период с 1843 г. по 1971 г. наблюдалось около 16 случаев расщепления комет с последующим расхождением фрагментов. За последние годы к числу интересных явлений добавились ставшая весьма знаменательной комета Веста (1975 n), комета Когоутека (1973 f), комета Уилсона, яркая вспышка кометы Галлея после прохождения перигелия, комета Швассмана — Вахмана 3, Шумейкеров — Леви, Холмса и др. В 11 случаях распад произошел на гелиоцентрических расстояниях R 6 1,6 а.е., в двух случаях — в зоне астероидов и в трех — на расстоянии орбиты Юпитера. Применив метод дифференциальной коррекции для интерпретации наблюдений кометы Виртанена (1957 VI), Секанина [Sekanina, 1979] уточнил место расщепления этой кометы — 9 а.е. вместо 4,9 а.е., как принималось ранее. Кроме того, Секанина считает, что абсолютно достоверно распавшимися можно считать только шесть комет — 1881 I, 1914 IV, 1943 I, 1955 V, 1968 III, 1969 IX. Для двух комет — 1889 IV, 1896 V — имеются достаточные основания считать их распавшимися. Поскольку фрагменты около половины распавшихся ядер комет являются короткоживущими, можно предположить, что фрагменты малых размеров выбрасываются из родительских ядер значительно чаще. Однако наблюдение таких фрагментов затруднено вследствие малости их размеров. В случае кометы Таго — Сато — Косаки (1969 IX) Секанина установил, что ее распад совпадает с визуально наблюдавшейся вспышкой блеска и с внезапным увеличением истечений вещества из кометы.

На рис. 5.17 показана орбита кометы Темпеля — Туттля и положение планет на 28 февраля 1998 г., когда комета проходила недалеко от Солнца. Также представлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г.

^{Рис. 5.17. Орбита кометы 55Р Темпеля — Туттля [Yeomans et al., 1996]. Положение планет показано на 28 февраля 1998, когда комета проходила недалеко от Солнца. Справа преставлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г.}

Комета Веста стала уникальным объектом для наблюдателей и исследователей структуры и состава кометного ядра. Многократный распад ядра на фрагменты и сложная структура пылевого хвоста оказались хорошо зафиксированы на снимках и рисунках. Интерпретация фотографий, на которых зафиксированы распад ядра кометы Веста, расхождение фрагментов ядра и их эволюция, позволила установить наличие весьма широких пылевых потоков. Анализ фотометрических данных позволил оценить размеры ядра и его 4 фрагментов, каждый из которых можно оценить как ядро небольшой кометы. Пылевой хвост кометы составляют пылевые частицы субмикронных и микронных размеров, выброшенные из ядра вблизи перигелия орбиты, а 13 концевых синхрон в пылевом хвосте могут соответствовать количеству относительно крупных осколков, на которое разделилось ядро кометы 1975 VI Веста. Такое ядро на некоторое время будет представлять собой связанный рой льдистых тел.

Для изучения целого ряда явлений в кометах, состава и структуры ядер, рельефа поверхности и размеров ядра, оценки активной деятельности кометы и пр. в последние два десятилетия были разработаны, осуществлены и продолжают осуществляться космические миссии к ядрам периодических комет: миссия Стардаст (Stardust), миссия Дип Импакт (Deep Impact), миссия Розетта (Rosetta).

Одним из результатов миссии Стардаст было обнаружение большого количества активных струй, состоящих из частиц, вытекающих из различных участков поверхности ядра кометы Вильда 2. Предполагалось, что джеты должны выбрасываться на близкие расстояния от ядра и затем диссипировать, образуя светящееся тело. Однако сверхскоростные струи (джеты) не диссипировали, оставаясь мощными узкими струями. Так, зонд Стардаст оказался полностью изрешечен большим количеством частичек при его пролете через три гигантских джета.

Таким образом, дезинтеграция комет является достаточно распространенным процессом в Солнечной системе. Образуются ли в результате этого процесса метеороидные рои и чем обосновывается утверждение об их связи с определенной кометой-родоначальницей?

Б. Ловелл дает четыре основных критерия, с помощью которых рекомендуется устанавливать общность орбит кометы и метеороидного роя: а) при условии, что комета достаточно близко подходит к Земле, различие элементов орбит кометы и метеороидного роя должно быть минимальным;