Невиправдані надії: комета C / 2019 Y4 (ATLAS) розпадається

Комети — крижані малі тіла Сонячної системи, які, підходячи до Сонця, нагріваються й починають виділяти газ, який в свою чергу виносить пил з поверхні ядра. Цей процес випаровування (сублімації) призводить до формування видимої атмосфери, або коми комети та хвоста. Причиною його є вплив сонячної радіації та сонячного вітру на кометне ядро. Ядра комет здебільшого мають неправильну форму та розміри від декількох сотень метрів до десятків кілометрів. Вони складаються з різних льодів (переважно з водяного льоду та домішки CO/CO₂ льодів тощо), пилу та дрібних кам’янистих часток. Комети переважно рухаються навколо Сонця за еліптичними орбітами, які мають широкий діапазон періодів обертання: починаючи від декількох років до декількох мільйонів років. Комети дуже спрощено можна поділити на два основні класи залежно від періоду їх обертання навколо Сонця, а саме на короткоперіодичні, з періодом обертання менше 200 років, та довгоперіодичні — з періодом більше 200 років.

Короткоперіодичні комети формувалися в поясі Койпера або пов’язаному з ним розсіяному диску, що лежить поза орбітою Нептуна, більше ніж у 4.35 млрд км, або в 30 разів більше ніж від Землі до Сонця. А довгоперіодичні комети формувалися в хмарі Оорта  — сферичній хмарі крижаних тіл, що простягається від зовнішнього поясу Койпера до кінця Сонячної системи і далі. Вважають, що хмара займає величезний простір від 2 а.о. і аж до 50 000 а.о[1] від Сонця, а за деякими оцінками зовнішній край хмари знаходиться на 100 000 та 200 000 а.о. від Сонця. Прийнято вважати, що комети (особливо довгоперіодичні) містять у собі частинки газопилової хмари, з якої мільйонів років тому було сформовано Сонце, планети та інші об’єкти нашої планетної системи. Динамічні особливості кометних ядер дозволили їм зберегти цей первинний протосонячний матеріал та зазнати найменшого впливу з боку сонячного випромінення.

Фізичні процеси, які викликають формування газопилових атмосфер і хвостів у кометах, унікальні й для більшості довгоперіодичних комет неповторні. Спостереження окремих комет дають можливість вивчати процеси в газо-пиловому середовищі в умовах, практично недосяжних у земних лабораторіях. Тому важливо проводити дослідження кожної комети, яка наближається до Сонця, усіма доступними астрофізичними методами для виявлення їх індивідуальних особливостей і властивостей. Це дозволить краще зрозуміти походження та еволюцію речовини в Сонячній системі.

Особливий інтерес для фізики комет викликають причини розпаду кометних ядер. Розпад ядер на фрагменти не є їхньою спільною властивістю, але це відносно часто спостережне явище. За останні 150 років відомо більше 40 комет, що розпалися. Деякі з них після розпаду повністю зникли, а комета D/ 1993 F2, або Шумейкерів-Леві 9 була остаточно зруйнована під впливом гравітаційних сил Юпітера, і фрагменти були поглинені його атмосферою.

Часткова фрагментація ядра комети або його повний розпад (дезінтеграція) дозволяють досліджувати внутрішню структуру і склад ядра. Комети, у яких розпадаються ядра, поділяють на дві підгрупи [2]:

(1) комети, ядра яких розпадаються на кілька великих фрагментів (так звані вторинні ядра), і

(2) комети, ядра яких розпадаються на дрібні уламки, а сам об’єкт «зникає» катастрофічно швидко.

Аналіз динаміки дроблення фрагментів показує, що розпад ядра комети може відбуватися на великих геліоцентричних відстанях (більше 50 а.о. або 748 млн. км) для довгоперіодичних комет та динамічно нових комет, і по всій орбіті для короткоперіодичних комет.

Sekanina в своїй праці[3] з дослідження причин розпаду кометних ядер запропонував два механізми розпаду ядер комет:

(1) відрив приповерхневого шару кори від ядра, що швидко обертається

(2) розпад ядра, що швидко обертається, в якому межа міцності на розрив і щільність були досить низькими.

Прийнято вважати, що комети є агрегатами декількох кометеземалей. Кометеземалі — це продукти інтенсивної конденсації різних льодів на пилових частинках у протопланетному диску, ближче до периферії, де відбувалося інтенсивне охолодження речовини. Найбільш імовірно, що розпад кометних ядер на фрагменти відбувається по межах окремих кометеземалей, областях слабкого зчеплення в ядрах комет. Фізичні та хімічні відмінності між кометеземалямі можуть зумовити спостережувану різницю в активності фрагментів. Певна неоднорідність фізичної структури ядра може поєднуватися з неоднорідністю його хімічного складу. Найбільш ймовірно, що фрагментованість кометних ядер властива динамічно новим кометам, які сформувалися в хмарі Оорта і за рахунок гравітаційних збурень змінюють орбіту та входять у внутрішню область нашої Сонячної системи.

Наприкінці минулого року, за даними автоматизованої системи “AsteroidTerrestrial-ImpactLastAlertSystem” (28 грудня 2019 року), була відкрита довгоперіодична комета C / 2019 Y4 (ATLAS). Очікувалося, що комета буде дуже яскравою, однак 5 квітня 2020 комета стала розпадатися. За характером розпаду кометного ядра цю комету можна віднести до першої підгрупи, коли комета розпадається на фрагменти, тому є можливість досліджувати характеристики окремих фрагментів, поки комета рухається до Сонця.

Нам вдалося поспостерігати комету на 6-му телескопі САО РАН за допомогою багаторежимного приладу SCORPIO-2 (index) в спектрометричному та фотометричному режимах.

Три складові кометних атмосфер, а саме: тугоплавка компонента (мінеральний пил), летка компонента (газ) та іонізована компонента (плазма) — мають своє характерне випромінення, яке виникає під дією сонячного світла. Це випромінення є основним джерелом інформації про можливі фізичні процеси, що проходять в атмосферах комет. Оптичний спектр — це розподіл інтенсивності електромагнітного випромінення за частотами або довжинами хвиль. Цей спектр комет складається з емісійних смуг молекул, іонів, ліній металів та неперервного спектру, що являє собою розсіяне випромінювання на пиловій компоненті атмосфери комети.

Частина уламків різних типів речовини, з якої складається газова кома комет, утворилась в результаті фотолізу батьківських молекул, які випарувались безпосередньо iз крижаного ядра комети. Спектроскопія цих вторинних молекул надає цінну інформацію про фізичні умови в комi, додатково до отриманої iз спостереження батьківських молекул.

Найбільшу інформацію про газову та пилову складові дає фотометрія комет. Фотометрія — галузь астрофізики, що розробляє методики і техніки вимірювання потоку або інтенсивності електромагнітного випромінювання астрономічних об’єктів.

Фотометричні методи спостережень дають можливість отримати дані про швидкість витоку газу і пилу з кометної поверхні, порівняльний хімічний склад комет, періоди обертання їхніх ядер, розміри і багато іншої інформації. Наш попередній аналіз зображень, отриманих на 6-му телескопі для комети С / 2019 Y4 (ATLAS), підтвердив наявність декількох фрагментів.

Подальший глибший аналіз даних дозволить оцінити колір пилу, швидкість руху фрагментів, досліджувати морфологію коми комети.

Попередній аналіз отриманих нами на 6-му телескопі САО РАН спектральних даних  для комети C / 2019 Y4 (ATLAS) показав, що комета має дуже багатий емісійний спектр, який містить лінії випромінення різних молекул і іонів. Спектри, отримані в різні ночі на 6-му телескопі, будуть використані нами для пошуку спектроскопічних відмінностей в емісійних спектрах коми і фрагментів, а саме відмінності у відносному вмісті дочірніх молекул CN, C₂ і C₃ в різних фрагментах, відмінності в спектральній відбивній здатності пилу. Ці відмінності дозволять судити про внутрішню хімічну неоднорідність як батьківського ядра комети, так і його фрагментів.

Також планується отримати і поляриметричні дані для комети. Поляриметрія — метод дослідження речовин, оснований на вимірюванні міри поляризації світла і оптичної активності, тобто величини кута повороту площини поляризації світла при проходженні його через оптично активні речовини. Важливим джерелом інформації про пилові складові кометних атмосфер є випромінення, розсіяне цими об’єктами. Спільне застосування фотометричних і поляриметричних досліджень надзвичайно ефективне, оскільки воно дозволяє визначити всі фізичні характеристики розсіяного випромінення — його інтенсивність, розподіл за довжинами хвиль та стан поляризації. Отримуючи карту розподілу ступеня поляризації по комі й хвосту комети, можна судити про властивості частинок і їхню зміну зі зміною відстані від кометного ядра.

Але для всіх залишається відкритим питання — чи доживе комета до свого перигелію 31 травня 2020 року, або ж встигне повністю розвалитися до свого зближення з Сонцем.

[1] а.о. — астрономічна одиниця початково приймалася рівною великий піввіссі орбіти Землі, яка в астрономії вважається середньою відстанню від Землі до Сонця. У вересні 2012 року 28-а Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу (МАС) прийняла рішення прив’язати астрономічну одиницю до Міжнародної системи одиниць (СІ) і з цього часу астрономічна одиниця вважається рівною точно 149 597 870 700 м.

[2] Boehnhardt, H. Split comets. У кн. Comets II, M. C. Festou, H. U. Keller, and H. A. Weaver (eds.), University of Arizona Press, Tucson, 745 pp., p.301-316

[3]Sekanina, Z. (Feb 1997) The problem of split comets revisited. Astronomy and Astrophysics, v.318, p.L5-L8

Редакція вдячна Ірині Верлюк, науковій співробітниці Головної астрономічної обсерваторії НАН України за допомогу в організації цієї публікації.

Зображення запису: комета C / 2019 Y4 (ATLAS) Автори: NASA, ESA, STScI та D. Jewitt (UCLA) 20 квітня 2020 р. Зображення розповсюджується на умовах CC BY 4.0