Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Комети головного поясу: чужі серед своїх

С.А. Борисенко,

кандидат фізико-математичних наук

Головна астрономічна обсерваторія НАН України

У серпні 1996 р. бельгійський астроном Ерік Елст та чилійський астроном Ґвідо Пізарро під час спостережень з 1-м телескопом Шмідта обсерваторії Ла Сілья (Чілі) відкрили об’єкт із дещо незвичним зовнішнім виглядом — астероїдоподібний з протяжним вузьким хвостом. Об’єкт зарахували до комет з назвою 133Р/Елст — Пізарро. Дослідження орбіти комети показало, що вона належить астероїду 7968, відкритому ще в 1979 р. У березні 1998 р. розпочалися пошуки астероїдів за програмою LINEAR (Lincoln Near-Earth Asteroid Research). Невдовзі, у вересні 1999 р. було відкрито ще один астероїд 176Р/LINEAR з певними ознаками активності — наявність невеликої коми, скачки яскравості на 1 — 2 зоряних величини. З того часу відкрили ще кілька подібних об’єктів. Через помітну кометну активність, яка періодичнно повторюється їх назвали кометами головного поясу астероїдів (КГП).

Зазвичай, до КГП відносять космічні тіла з орбітами близькими до майже колових орбіт астероїдів головного поясу та знаходяться на відстані 2,7 — 3,2 а.о. від Сонця і, які хоча б іноді, мають вигляд відмінний від зореподібного.

Умови для можливого спостереження КГП залежать від ступеня активності об’єкта, його розміру, геліо- та геоцентричного положення. Кожна комета такого типу є оригінальною, має особливий вигляд. Наприклад, деякі мають вузькі довгі чи короткі хвости, або навіть декілька хвостів, інші мають ледь помітну кому. Багато з таких об’єктів бувають зовсім зореподібними. Одні проявляють активність кілька місяців, тоді як інші — кілька тижнів (рис. 1).

Рис. 1. Прояви активності в кометах головного поясу.

Дотепер невідомо, чи КГП є звичайними кометами з таким же механізмом сублімації. Часто у комет головного поясу підвищення активних проявів відбувається поблизу перигелію, як і у звичайних комет, наприклад, у комет сімейства Юпітера. Оскільки механізм потрапляння комет із зовнішніх областей Сонячної системи, зокрема, хмари Оорта до головного поясу астероїдів є не очевидним, то за однією з гіпотез КГП мають місцеве походження. Останнім часом відкрито кілька комет у зовнішній частині головного поясу астероїдів (рис. 2).

Рис. 2.Розподіл орбіт деяких комет головного поясу.

Фізичні дослідження показали, що розміри КГП невеликі. Найменші мають в діаметрі менше 1 км, тоді як найбільші сягають кількох кілометрів і цілком співставні з розміром ядер комет сімейства Юпітера. Поверхня КГП відбиває дещо більше світла, ніж звичайне кометне ядро. Альбедо активних астероїдів вважають таким як у астероїдів С-типу – вуглецевих астероїдів, частка яких в головному поясі становить близько 75 відсотків. Спектр таких об’єктів близький до спектру відбитого сонячного випромінювання, проте в активній фазі можна спостерігати почервоніння колор-індексів до кометних значень.

За деякими ознаками, в тому числі згідно спектральних досліджень, можна говорити про наявність води в КГП. За останніми даними вода, яка міститься в типових кометах сімейства Юпітера відрізняється від земної води. Наприклад, співвідношення дейтерій — водень для водяного пару в кометах більше, ніж для земної води. Наприклад, для комети 67Р/Чурюмов — Герасименко більше, ніж утричі. Проте в КГП ізотопний склад води близький до земного. Залишається відкритим питанням, чи могли КГП стати джерелом води на Землі в далекому минулому позаяк вони обертаються навколо Сонця на достатньо стійких орбітах. Навіть потрапляння на землю навколоземних астероїдів є дуже рідкісним явищем, втім мільярди років тому орбіти астероїдів могли бути дещо іншими і кількість їх випадань на Землю набагато вищою, ніж тепер.

За фізичною природою активності серед КГП можна виділити три групи: 1) льодяні тіла, які активно сублімують в перигелії подібно до звичайних комет (більшість КГП); 2) льодяні тіла, які сублімують тільки при зіткненнях з мікроастероїдами (комета P/2010 A2); 3) кам’янисті тіла, які сублімують після зіткнень (подібно до астероїда 596 Шейла).

Щодо механізмів активності КГП тут розглядають різні версії. Для Шейли та комети Р/2010 А2 розглядається можливість їх зіткнення з невеликим астероїдним тілом. Ці об’єкти проявили лише разову активність. Натомість, більшість КГП досить регулярно проявляють кометну активність. Для них пилова активність може бути пояснена, зокрема, сублімацією водяного льоду. Втім, пилова активність таких об’єктів в рази і навіть в десятки разів слабша за активність звичайних комет, які перебувають на тих же відстанях від Сонця. Серед найбільш екзотичних гіпотез слід виділити електростатичну. Пилинки, що знаходяться на поверхні астероїда можуть підніматися вгору за рахунок електростатичних градієнтів зарядів, що викликані нерівномірним сонячним освітленням (сонячні області втрачають електрони, які відлітають і прилипають до затінених областей). При незначній гравітації такий ефект може мати місце, втім, незрозуміло, чому з багатьох тисяч зареєстрованих астероїдів, лише деякі проявляють помітну пилову активність. Розглядалась також гіпотеза гравітаційного розвантаження, коли тіло втрачає поверхневий пил внаслідок швидкого власного осьового обертання. Наприклад, період осьового обертання комети 133Р становить близько 4 годин. Втім, є активні об’єкти і з повільним власним обертанням. Але така активність мала б проявлятися постійно, а не лише в перигелії.

Серед інших гіпотез ще виділяють можливість теплового ефекту як один із чинників активності КГП. На поверхні астероїда може відбуватися висихання гідратованих мінералів під дією сонячного тепла. Такий процес може приводити до втрати нагрітого пилу з поверхні. Крім того, на тілах розмірами до кількох кілометрів, радіаційний тиск Сонця може конкурувати з гравітацією і вимітати пилові частинки з поверхні.

Зараз майже щороку відкривають об’єкти, які належать до КГП. Їх загальна кількість станом на 1 березня 2017 р. становить близько 17 об’єктів (див. Таблицю). Найбільше комет такого типу було відкрито під час огляду неба за програмою ПАНСТАРРС (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) з використанням потужної системи з 4-х телескопів. Крім того, прояви кометоподібної активності спостерігаються в деяких великих астероїдах (Церера, Шейла, Фаетон та ін). В останні роки фізичні дослідження КГП проводяться як за допомогою космічних телескопів так і в провідних наземних обсерваторіях.

Таблиця.   Параметри орбіт комет головного поясу станом на 1 березня 2017 р.

q – перигелійна відстань, a – велика піввісь орбіти, e – ексцентриситет, i – нахил орбіти до екліптики, P – період обертання навколо Сонця.

В ГАО НАНУ проводяться широкосмугові фотометричні дослідження активності КГП спільно з АО КНУТШ в Лісниках (Україна) та Інститутом планетних досліджень Німецького Аерокосмічного центру (м. Берлін, Німеччина, обсерваторія CalarAlto, Іспанія). Протягом 2012 — 2016 рр. отримано широкосмугові зображення 6 комет головного поясу упродовж періоду їх видимості,  розраховані параметри пилової активності та оцінено розміри їх ядер. Результати досліджень також порівняно з результатами отриманими для 9 комет інших груп, зокрема, для групи квазі-Гільд (рис. 3).

Рис. 3. Приклади зображень КГП та квазі-Гільд отриманих в обсерваторії Calar Alto (Іспанія)

(S. Hellmich, S. Mottola, S.Borysenko): a) Комета 65P/Ґанн (2013-11-15), b) Комета 74P/Смирнова — Черних (2013-09-23), c) Комета 133P/Елст — Пізарро (2012-07-09), d) Комета 246P/НЕАТ (2012-02-22). Розмір фрагментів 10,5′ ´ 10,5′.