СПЕКТРЫИХ ИМ ХИМИЯ КОМЕТ.

При решении вопроса о происхождении комет нельзя обойтись без знания химического состава вещества, из которого сложено кометное ядро. Казалось бы, что может быть проще? Нужно сфотографировать побольше спектров комет, расшифровать их - и химический состав кометных ядер нам сразу же станет известным. Однако, дело обстоит не так просто, как кажется на первый взгляд. Спектр фотометрического ядра может быть просто отражённым солнечным или эмиссионным молекулярным спектром. Отражённый солнечный спектр является непрерывным и ничего не сообщает о химическом составе той области, от которой он отразился - ядра или пылевой атмосферы, окружающей ядро. Эмиссионный газовый спектр несёт информацию о химическом составе газовой атмосферы, окружающей ядро, и тоже ничего не говорит нам о химическом составе поверхностного слоя ядра, так как излучающие в видимой области молекулы, такие как С2, СN, СH, МH, ОН и др., являются вторичными, дочерними молекулами - "обломками" более сложных молекул или молекулярных комплексов, из которых складывается кометное ядро. Эти сложные родительские молекулы, испаряясь в околоядерное пространство, быстро подвергаются разрушительному действию солнечного ветра и фотонов или распадаются или диссоциируются на более простые молекулы, эмиссионные спектры которых и удаётся наблюдать от комет. Сами родительские молекулы дают непрерывный спектр.

Первым наблюдал и описал спектр головы кометы итальянец Донати. На фоне слабого непрерывного спектра кометы 1864 он увидел три широкие светящиеся полосы: голубого, зелёного и жёлтого цвета. Как оказалось это стечение принадлежало молекулам углерода С2, в изобилии оказавшегося в кометной атмосфере. Эти эмиссионные полосы молекул С2 получили название полос Свана, по имени ученого, занимавшегося исследованием спектра углерода. Первая щелевая спектрограмма головы Большой Кометы 1881 была получена англичанином Хеггинсом, который обнаружил в спектре излучение химически активного радикала циана СN.

Вдали от Солнца, на расстоянии 11 а.е., приближающаяся комета выглядит небольшим туманным пятнышком, порой с признаками начинающегося образования хвоста. Спектр, полученный от кометы, находящейся на таком расстоянии, и вплоть до расстояния 3-4 а.е., является непрерывным, т.к. на таких больших расстояниях эмиссионный спектр не возбуждается из-за слабого фотонного и корпускулярного солнечного излучения.

Этот спектр образуется в результате отражения солнечного света от пылевых частиц или в результате его рассеивания на многоатомных молекулах или молекулярных комплексах. На расстоянии около 3 а.е. от Солнца, т.е. когда кометное ядро пересекает пояс астероидов, в спектре появляется первая эмиссионная полоса молекулы циана, которая наблюдается почти во всей голове кометы. На расстоянии 2 а.е. возбуждаются уже излучения трёхатомных молекул С3 и NН3, которые наблюдаются в более ограниченной области головы кометы вблизи ядра, чем все усиливающиеся излучения СN. На расстоянии 1,8 а.е. появляются излучения углерода - полосы Свана, которые сразу становятся заметными во всей голове кометы: и вблизи ядра и у границ видимой головы.

Механизм свечения кометных молекул был расшифрован ещё в 1911г. К.Шварцшильдом и Е.Кроном, которые, изучая эмиссионные спектры кометы Галлея (1910), пришли к заключению, что молекулы кометных атмосфер резонансно переизлучают солнечный свет. Это свечение аналогично резонансному свечению паров натрия в известных опытах Ауда, который первый заметил, что при осещении светом, имеющим частоту желтого дублета натрия, пары натрия сами начинают светиться на той же частоте характерным жёлтым светом. Это - механизм резонансной флуоресценции, являющийся частым случаем более общего механизма люминесценции. Всем известно свечение люминесцентных ламп над витринами магазинов, в лампах дневного света и т.п. Аналогичный механизм заставляет светиться и газы в кометах.

Для объяснения свечения зеленой и красной кислородных линий (аналогичные линии наблюдаются и в спектрах полярных сияний) привлекались различные механизмы: электронный удар, диссоциативная рекомбинация и фотодиссациация. Электронный удар, однако, не в состоянии объяснить более высокую интенсивность зелёной линии в некоторых кометах по сравнению с красной. Поэтому больше предпочтения отдаётся механизму фотодиссоциации, в пользу которого говорит распределение яркости в голове кометы. Тем не менее, этот вопрос ещё окончательно не решён и поиски истинного механизма свечения атомов в кометах продолжаются. До сих пор остается нерешённым вопрос о родительских, первичных молекулах, из которых состоит кометное ядро, а этот вопрос очень важен, так как именно химизм ядер предопределяет необычно высокую активность комет, способных из весьма малых по размерам ядер развивать гигантские атмосферы и хвосты, превосходящие по своим размерам все известные тела в Солнечной системе.

ПЕРВОМАТЕРИЯ КОМЕТНЫХ ЯДЕР.

Вопрос о родительских молекулах в кометных ядрах был впервые поставлен Вурмом ещё в 30-х годах нашего века и дискутируется в настоящее время. Ведь все кометные радикалы, эмиссии которых обнаруживаются в кометных спектрах, являются химически активными молекулами и поэтому могут сохранять свою стабильность в газовом агрегатном состоянии при достаточно низких плотностях или в твердой фазе при низких температурах и в присутствии инертного наполнителя, тормозящего химические реакции между радикалами и другими молекулами. Радикалы, а также тугоплавкое вещество, тапа углерода, не могут непосредственно испаряться с поверхности ядра. На расстоянии ^-1 а.е. от Солнца температура близка к комнатной, а мы знаем из повседневной жизни, что углерод при такой температуре не испаряется. Следовательно, и радикалы, и углерод, и другие молекулы, наблюдающиеся в атмосферах комет, входят в состав более сложных родительских молекул, распад которых после испарения из ядра в поле солнечной радиации приводит к образованию наблюдаемой в кометных атмосферах совокупности радикалов и других молекул, а также ионов.

Окончательно проблема родительских молекул, из которых состоят кометные ядра, возможно, будет разрешена только путем посылки космического аппарата к ядру кометы, сближения и возможной посадки аппарата на ядро, на котором будет произведён химический анализ кометного грунта или же кометное вещество, набранное в стерильную капсулу, будет впоследствии доставлено на Землю, где и будет произведен его окончательный анализ.

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМЕТ С ПОМОЩЬЮ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.

Многие кометные загадки, такие, как истинная химическая природа родительских молекул, из которых состоит ядро, физическое строение ядра и, естественно, проблема происхождения комет, смогут проясниться только при посылке космического зонда к ядру кометы.

Сближение космического аппарата с ядром кометы позволит детально изучить физические и геометрические параметры ядра, что недостижимо для наземной аппаратуры ни в настоящее время, ни в ближайшем будещем. Много новой научной информации дают орбитальные астрономические обсерватории (например, открытие водородной атмосферы у кометы Беннета в 1970г., а затем и у других комет), крупным шагом вперёд явится создание астрономических обсерваторий на Луне, но ничто не заменит пролёта космического аппарата сначала вблизи ядра, а затем и осуществления посадки зонда на кометное ядро. Аппаратура, установленная на борту такого космического зонда, позволит в первую очередь установить наличие твердого ядра у кометы, его плотность, форму, массу, альбедо, особенности рельефа кометного ядра, степень загрязненности поверхности ядра, химический состав слагающих ядро льдов и других пород, скорость вращения ядра.