Литвинова МА_Астрономия

Картина звездного неба все еще остается самой величественною изо всех картин, а книга о небе – самою занимательною из всех книг. Будем же любоваться этой книгой и вглядываться в нее все пристальнее и пристальнее; будем читать эту книгу, чтобы стать разумнее, благороднее, нравственнее и современнее.

К. Фламмарион

Как было отмечено, еще в школе я начала увлекаться астрономией. Так как присущая большинству школьников лень взяла верх над моей попыткой самообразования, я обратилась за помощью в Донецкий планетарий, где мне предложили посещать Астрономический кружок. Интересные и захватывающие рассказы руководителя кружка Натальи Григорьевны Сидоренко о тайнах неба и космоса увлекали все больше и больше.

Результатом моего увлечения стало участие во ІІ этапе Всеукраинского конкурса-защиты научно-исследовательских работ учеников-членов Малой академии наук Украины в секции «Астрономия» на физико-математическом отделении в 2001 и 2002 годах. Обе работы были отмечены дипломами: в 2001 году моя работа на тему «Наблюдение видимого суточного вращения звездного неба» заняла ІІІ место, а в 2002 году работа на тему «Метеоры, метеорные потоки и их наблюдения» – ІІ место.

В основе моего индивидуального задания лежит работа на тему «Метеоры, метеорные потоки и их наблюдения». Почему именно эта работа? Наверное, каждый из вас видел падающую звезду и загадывал желание. А ведь бывало и такое,что звезд было так много, что не хватало желаний. Так вот, это и есть метеоры и метеорные потоки. Итак, о «падающих звездах» с научной точки зрения.

"Падающие звёзды"

В межпланетном пространстве движутся с огромной скоростью мельчайшие твёрдые частицы, весящие доли грамма. Вторгаясь в земную атмосферу со скоростью от 11 до 72 км/с, частица встречает чрезвычайно сильное сопротивление воздуха. Поэтому она нагревается до нескольких тысяч градусов , вскипает и испаряется. Раскалённый и светящийся газ мы наблюдаем в виде быстро проносящейся по небу «падающей звезды» - м е т е о р а. После ярких метеоров на небе в течение нескольких секунд виден след - слабосветящаяся тонкая ниточка. Это - свечение отдельных молекул в воздухе. Частица, вызывающая появление метеора, называется метеорной частицей. Метеоры появляются в слое атмосферы от 80 до 120 км над поверхностью Земли.

Ежегодно бывают ночи, когда можно увидеть особенно много метеоров. Они появляются один за другим и кажутся разлетающимися во все стороны из одной точки на небе , называемой радиантом. Земля в это время встречает целый рой метеорных частиц, образующих метеорный поток. Все частицы потока движутся параллельно друг другу, а метеоры кажутся нам разлетающимися лишь в перспективе. Так, рельсы железной дороги, параллельные между собой, тоже кажутся нам расходящимися из удалённой точки.

Метеорные потоки возникают в процессе распада комет. Метеорные потоки названы по созвездиям, в которых расположены их радианты.

Очень яркие метеоры - болиды, могут наблюдаться и днем. Болиды сопровождаются иногда выпадением метеоритов. По происхождению и физическому строению большие тела, наблюдаемые как болиды, по-видимому, сильно отличаются от частиц, вызывающих метеорные явления.

Когда метеорная частица вторгается в земную атмосферу со скоростью 11-73 км/с, происходит энергичное взаимодействие между частицей и атмосферой. Это взаимодействие проходит для нас незамеченным, если частица настолько мала, что ее размеры много меньше длины свободного пробега молекул. В верхней атмосфере Земли частица размером 100 км и меньше имеет редкие столкновения с молекулами воздуха, которые приводят к замедлению ее движения и потере космической скорости еще на значительной высоте над поверхностью Земли, так как ее кинетическая энергия невелика.

Другое дело - вторжение более крупного метеорного тела, размером от 0,1 мм до 10 см. Такое тело способно увлечь воздушные массы, находящиеся на его пути, передавая им часть своего импульса и теряя кинетическую энергию, как и в предыдущем случае. Но теперь это происходит в несравненно более крупных масштабах. Так как скорость движения метеорного тела в атмосфере значительно превышает скорость звука, образуется ударная волна, за фронтом которой сильно повышается температура - до многих десятков тысяч градусов, так что воздух за летящим метеорным телом сильно ионизуется. С другой стороны, теряемая кинетическая энергия вызывает также и разогревание самого метеорного тела и испарение молекул и атомов с поверхности его. Происходит унос массы метеорного тела, так называемая абляция. При «сдирании» молекул происходит сильное разогревание метеорного тела с поверхности, и мы наблюдаем явление метеора. Вокруг него непрерывно образуется разогретое газовое облачко, частично ионизованное. Разумеется, газы отделяются от метеорного тела и располагаются вдоль его траектории в виде следа, наблюдаемого визуальным, фотографическим или радиолокационным методом, если у него достаточная яркость.

На каком-то участке пути яркость метеора достигает максимума - плавного или сопровождаемого вспышкой, а затем происходит дробление метеорного тела на высотах 40-50 км и резкое замедление его движения в интервале высот от 25 до 15 км. Здесь и крупные метеориты дробятся, после чего выпадают на поверхность Земли в виде метеорного дождя. До дробления лишь самые яркие и медленные метеоры успевают замедлиться до 50% своей первоначальной скорости. Очень яркие и быстрые болиды, имеющие значительную массу, могут проникать до умеренных высот (иногда всего лишь на несколько километров над уровнем моря), после чего их движение есть простое падение в атмосфере без заметной начальной скорости.

Но самые крупные метеорные тела весом в сотни тонн достигают поверхности Земли с космической скоростью - их падение носит катастрофический характер. Есть и противоположная возможность: 10 августа 1972 г. в США наблюдался в дневное время метеор, который, как показала последующая обработка наблюдений, пролетел через земную атмосферу, но не упал, а достигнув минимальной высоты 58 км, ушел в космическое пространство, оставив в атмосфере лишь малую часть кинетической энергии. Его масса оценивается в 1000 тонн.

Метеоры загораются тем выше, чем быстрее они движутся, но и гаснут они на большей высоте, чем медленные, так как быстро подвергаются дроблению.

Метеорный дождь

Метеорное вещество в межпланетном пространстве - это наиболее динамичный тип вещества Солнечной системы. Самые малые частицы (радиус меньше, примерно, 0,5 мкм) уходят из Солнечной системы под действием светового давления. Более крупные тормозятся в результате эффекта Робертсона-Пойнтинга, по спиральным орбитам приближаются к Солнцу и падают на него. Эффект Робертсона-Пойнтинга - это торможение тела, движущегося в поле излучения, возникающее из-за того, что в системе координат, связанной с этим телом, вектор силы светового давления имеет компонент, направленный против вектора скорости. Частица, имеющая диаметр 10 мкм и находящаяся на круговой орбите радиусом 3 а.е., в результате этого эффекта падает на Солнце в течение времени порядка 10 лет. Поскольку межпланетное метеорное вещество в результате процессов, связанных с лучевым давлением, непрерывно удаляется из Солнечной системы, оно должно непрерывно возобновляться, что, происходит в результате разрушения комет и астероидов.

При каждом сближении с Солнцем возникают газовая и пылевая составляющие, последняя светит только отраженным солнечным светом. То же можно утверждать относительно самой яркой центральной части головы кометы, которую наблюдатели обычно называют ядром.

Особенно крупные потери несет комета при образовании аномальных хвостов, состоящих из частиц крупного размера. Количество газов, остающихся в глыбах кометной головы, прогрессивно уменьшается; быстро рассеивается в пространстве свободная пыль. Периодическая комета с каждым приближением к Солнцу становится все слабее, многие из них «не выдерживают» более двух-трех сближений с Солнцем и перестают существовать как кометы. Другие известны при большем числе появлений, например, комета Энке с периодом 3,3 года, открытая в 1786 г. и регулярно наблюдавшаяся до настоящего времени при 47 появлениях (восемь было пропущено наблюдателями).

Комета Галлея с более длинным периодом, 76 лет, наблюдается с 466 г. до н. э. За минувшие тысячелетия она 32 раза проходила перигелий на расстоянии от Солнца всего лишь 0,59 а.е. Трудно сказать. ослабела ли она за это время, но комета Энке за два столетия ослабела достоверно. Ее абсолютная звездная величина изменилась в сторону ослабления не менее чем на 2 m. У многих других комет этот процесс идет несравненно быстрее.

Нередки случаи, когда кометы дробятся на несколько частей, демонстрируя тем самым малую связанность ее вещества. Классическим примером является комета Биэлы. Она была открыта в 1772 г. и наблюдалась в 1815, 1826 и 1832 гг. В 1845 г. Размеры кометы оказались увеличенными, а в январе 1846 г. наблюдатели с удивлением обнаружили две очень близкие кометы вместо одной. Были вычислены относительные движения обеих комет, и оказалось, что комета Биэлы разделилась на две еще около года назад, но вначале компоненты проектировались один на другой, и разделение было замечено не сразу. Комета Биэлы наблюдалась еще один раз, причем один компонент был много слабее другого, и больше ее найти не удалось. С течением времени гравитационная связь между компонентами ослабевает, и они движутся вокруг Солнца как независимые тела. Зато неоднократно наблюдался метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэлы.

При разрушении комет иногда возникают реактивные струи и выбросы, которые могут исказить орбиты кометы. Например, ядро кометы Энке вращается с периодом, который оценивают приблизительно в одни сутки. При облучении Солнцем ядро нагревается, но наибольшая температура наступает не в подсолнечной точке кометы, а несколько позже, скажем, на 10 - 15 по долготе в сторону «вечера». Между тем выброс газа и пыли обильнее всего здесь, и при выбросе возникает реактивное ускорение в направлении, которое составляет с радиус-вектором кометы заметный угол, так что у реактивного ускорения есть составляющая, перпендикулярная к радиус-вектору. Эта составляющая увеличивает или уменьшает скорость орбитального движения кометы в зависимости от того, вращается ли комета в прямом или обратном направлении. Наряду с ускорением у комет встречаются, правда реже, замедление движения.

Примером разрушения комет являются две «царапающие» кометы, наблюдавшиеся со спутника “SOLWIND” в непосредственной близости от Солнца с помощью своеобразного коронографа - в тени от искусственного диска, выдвинутого на много метров вперед от прибора и создававшего имитацию солнечного затмения при отсутствии атмосферных помех. В январе и июле 1981 г. кометы наблюдались на расстояниях от Солнца, намного превышающих его радиус, и даже в солнечной короне не прекращали свое существование. Можно с уверенностью утверждать, что вся пылевая составляющая этих комет испарилась в солнечной короне, но более крупные тела входившие в ядро кометы (каменные глыбы), «пережили» чрезвычайно высокую температуру в течение нескольких часов пребывания в короне и вырвались по первоначальной орбите, удаляясь от Солнца как скопление малых твердых тел и уже невидимые.

Если орбита эта пересекает земную орбиту, то ежегодно, когда Земля попадает в точку пересечения, наблюдаются метеорные дожди, усиливающиеся при одновременном подходе к этой точке Земли и остатков кометы. Если же усилений не наблюдается, значит, вещество кометы более или менее равномерно рассеялось по орбите - комета полностью прекратила свое существование как небесное тело.

Таким образом, распадаясь со временем, комета порождает метеорный поток, движущийся по ее орбите, откуда можно сделать вывод, что ядро кометы не есть единое твердое тело, пусть даже астероидных размеров, но совокупность отдельных тел, размер которых не поддается точному определению. Эта совокупность в большом удалении от Солнца состоит из нестойкого смещения глыб, камней, песчинок, пылинок, слабо связанных между собой, но все-таки образующих до поры до времени единое целое, в котором связующим веществом являются льды из всякого рода простых соединений водорода, кислорода, углерода и азота, легко испаряющиеся при сближении кометы с Солнцем. Тогда все включенные в льды глыбы и камни с поперечником от нескольких метров до сантиметров и миллиметров обнажаются и в свою очередь выделяют адсорбированные газы и поставляют пыль. Они могут образовать рой самостоятельных глыб и камней.

Частота появления метеоров и их распределение по небу не всегда являются равномерными. Систематически наблюдаются метеорные потоки, метеоры которых на протяжении определенного промежутка времени (несколько ночей) появляются примерно в одной и той же области неба. Если их следы продолжить назад, то они пересекутся вблизи одной точки, называемой радиантом метеорного потока. Многие метеорные потоки являются периодическими, повторяются из года в год и названы по созвездиям, в которых лежат их радианты. Так, метеорный поток, наблюдаемый ежегодно примерно с 20 июля по 20 августа, назван Перcеидами, поскольку его радиант лежит в созвездии Персея. От созвездий Лиры и Льва получили соответственно свое название метеорные потоки Лирид (середина апреля) и Леонид (середина ноября).

Активность метеорных потоков в разные годы различна. Бывают годы, в которые число метеоров, принадлежащих потоку, очень мало, а в иные годы (повторяющиеся, как правило, с определенным периодом) настолько обильно, что само явление получило название звездного дождя. Меняющаяся активность метеорных потоков объясняется тем, что метеорные частицы в потоках неравномерно распределены вдоль эллиптической орбиты, пересекающей земную.

Три метеорных потока - Леониды, Андромедиды и Дракониды показывали в исторические времена очень резкие вспышки активности, причем в случае Андромедид это было прямо связано с разрушением кометы Биэлы, которая в 1845 г. раздвоилась и в следующее появление, в 1852 г., видны были две слабые кометы, разделенные расстоянием свыше 1,5 млн. км. Больше комета Биэлы не наблюдалась. Но в 1872 и 1885 гг., когда Земля пересекла орбиту кометы Биэлы, и сама комета, если бы она еще существовала, была бы близка к точке пересечения, наблюдались бы великолепные дожди медленных метеоров (они нагоняли Землю со скоростью 19 км/с) с часовым числом их, доходившим до 7500. В 1892 и 1899 гг. потоки Андромедид опять усиливались, но незначительно. Последующая вспышка активности Андромедид наблюдалась спустя пять лет, в 1904 г., в то время как период обращения кометы Биэлы составлял 6,6 лет. Значит, метеорное скопление существовало далеко впереди самой «бывшей кометы». После 1940 г. активность Андромедид возродилась, но в слабой степени.

В настоящее время успешно сосуществуют комета Джакобини - Циннера и связанный с нею метеорный поток Драконид. Комета 1900 III была открыта Джакобини в 1900 г. вскоре после ее сильного сближения с Юпитером. После еще одного сближения с Юпитером, в 1910 г., она была повторно открыта в 1913 г. и в дальнейшем неоднократно наблюдалась с периодом обращения 6,6 лет. Узел кометной орбиты теперь находится на расстоянии всего лишь 0,001 а.е. от земной орбиты. 9 октября 1933 г. Земля проходила эту точку на 80 дней позже, чем ее пересекла комета. В эту ночь также наблюдался великолепный дождь метеоров с радиантом в Драконе при часовом числе их до 6000. Спустя 13 лет, в ночь с 9 на 10 октября 1946 г. вновь наблюдался столь же, если не более интенсивный метеорный дождь в течение 5-6 часов, пока Земля пересекала кометную орбиту спустя 15 дней после того, как это место прошла комета. В 1952 г. Земля проходила место сближения за 195 дней до кометы и опять наблюдался небольшой метеорный дождь (часовое число 200), а в 1959 г. Дракониды практически не наблюдались, хотя Земля опередила комету в месте наибольшегол сближения орбит только на три недели. Таким образом, позади кометы Джакобини - Циннера образовался метеорный рой, но сама комета от этого мало пострадала: и в 1959 г. она была достаточно яркой; 8 октября 1985 г. поток Драконид опять проявил себя в полную силу - часовое число метеоров по радионаблюдениям достигало одной-трех тысяч.

Распад комет и образование метеоров, распределяющихся затем по всей орбите или по значительной ее части, происходит таким образом, что метеорные тела покидают ядро кометы с умеренными скоростями. Было подсчитано, например, что для объяснения наблюдавшихся в 1933 и 1946 гг. дождей Драконид достаточно, чтобы метеорные частицы выбрасывались из ядра кометы со скоростями порядка 14 - 20 м/с. Частицы эти располагаются довольно точно в плоскости кометной орбиты, иначе продолжительность метеорного дождя была бы много больше. Скорости выброса в 10 м/с достаточно, чтобы метеорные частицы растянулись за 160 лет по малой орбите, как орбита Геминид, и за 1100 лет по большой орбите, такой, как у кометы Галлея.

Конечно, метеорный рой, существующий отдельно от кометы, подвергается иным планетным возмущениям, чем сама комета, и ввиду меньшей точности метеорной орбиты учесть возмущения трудно. Вот почему совершенно непредвиденным образом отдельные метеорные потоки и сгущения в них то сближаются, то удаляются от Земли. Таков, например, несбывшийся дождь Леонид в 1899 г., который не состоялся, вопреки ожиданиям: он предполагался таким же эффективным, как в 1866, 1833 и 1799 гг. Это поток вновь проявил себя дождем в 1966 г.

«Звездный дождь»

В космическом пространстве движется множество мельчайших частиц. Влетая в земную атмосферу, они вспыхивают в ней, производя явления метеоров. Помимо хаотически движущихся частиц, существуют целые метеорные потоки, обращающиеся вокруг Солнца. Большинство этих потоков порождено распадающимися или уже распавшимися кометами. Земля проходит сквозь некоторые метеорные потоки в определенные дни года, и в эти дни число наблюдаемых метеоров значительно увеличивается. Иногда наблюдается обильное количество одновременно вспыхивающих метеоров. Такое явление носит название «звездного дождя».

Метеорные потоки

Название потока	Период действия потока	Максимум действия потока
Квадрантиды	1 - 7 января	3 января
Лириды	18 - 24 апреля	21 апреля
Этта-Аквариды	21 апреля - 12 мая	4 мая
Персеиды	9 июля - 17 августа	11 - 12 августа
Пегасиды	2 - 6 сентября	5 сентября
Дракониды	8 - 10 октября	10 октября
Ориониды	16 - 26 октября	21 октября
Леониды	8 - 22 ноября	18 ноября
Геминиды	25 ноября - 18 декабря	14 декабря

Ну вот, пожалуй, и все. Теперь вы знаете, когда падают звезды, и осталось только запастись желаниями.:-)

Список литературы

1. О.В. Добровольский. Кометы. М.: «Наука». 1966.

2. П.Г. Куликовский. Звездная астрономия. . М.: «Наука». 1978.

3. Л.М. Шульман. Ядра комет. . М.: «Наука». 1987.

4. К.И. Чурюмов. Кометы и их наблюдение. М.: «Наука». 1980.

5. Большая детская энциклопедия. Вселенная. Русское энциклопедическое товарищество. М., 1999.

6. Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия. М.: «Аванта». 1997.

7. Н.А. Беляев, К.И. Чурюмов. Комета Галлея и ее наблюдение. . М.: «Наука». 1985.

8. Вселенная. Наглядный словарь. Дорлинг Киндерсли Лимитед., Лондон. 1999.

9. Джон Дариус. Недоступное глазу./Пер. с англ. М.: Мир, 1986

Начало