Все о космосе

Кометы

Кометы — самые старые объекты Солнечной системы. В том смыс­ле, что с момента ее возникновения их ве­щество претерпело минимальные изме­нения. Но это не означает, что не претер­пело никаких. Даже самые удаленные от Солнца койперовские объекты, с повер­хности которых наша звезда выглядит просто самой яркой среди тысяч таких же звезд на вечно черном небе, постоянно подвергаются воздействию космических лучей и радиации, возникающих при взрывах Сверхновых, а также при взаи­модействии вещества с релятивистскими объектами Галактики (нейтронными звездами и черными дырами). Причем это воздействие они начали испытывать еще до того, как в недрах будущего Сол­нца начались термоядерные реакции.

Другой источник энергии, который необходимо учитывать при моделирова­нии процессов, протекающих в ядрах ко­мет, находится в них самих. Это микро­примеси радиоактивных элементов: при их распаде образуются частицы, вы­зывающие изменения в окружающем веществе. Ученым давно знакомы процессы радиолиза, суть которых — в рас­паде молекул под действием высокоэнер­гетических излучений. Энергии погло­щенного кванта такого излучения доста­точно, чтобы разорвать химическую связь в молекуле и вызвать реакции, в обычных условиях для' этой молекулы нехарактерные. Грубо говоря, "обычная" реакция горения водорода в кислороде, результатом которой является вода, вполне может пойти в обратную сторону. Эти предположения автора были опубликованы в виде краткого сообще­ния в журнале "Химия и Жизнь" (№1, 1986 г., стр. 91). В марте того же года вблизи ядра кометы Галлея (1Р/На11еу) пролетели космические аппараты серии "Вега" и европейский зонд Giotto. To, что они увидели на поверхности ядра, не­мало удивило исследователей. Неболь­шие, почти точечные участки генериро­вали мощные высокоскоростные струи газа, а температура поверхности достига­ла 130 С. Уже почти бесспорно принятую модель ядра как "летающего сугроба" нужно было срочно корректировать. Для ее спасения была предложена концепция "горячего мартовского сугроба", покры­того коркой из грязи, накапливающейся на поверхности льда по мере его испаре­ния. В условиях космического вакуума корка должна быть достаточно пористой и иметь хорошие теплоизолирующие свойства, чтобы защитить внутренности "сугроба" от воздействия солнечного из­лучения. Но и в этой модели имелись не-которые несоответствия.

Задумаемся над простым вопросом: почему, собственно, такая комета дол­жна образовывать кому и хвост? При приближении к Солнцу равновесная температура растет со скоростью не бо­лее нескольких градусов в сутки. Посте­пенно образуется теплоизолирующая корка, защищающая холодные части яд­ра от дальнейшего испарения. Оно, ко­нечно, будет происходить, но очень мед­ленно, и газообразные продукты без тру­да ускользнут в космическое пространс­тво — поскольку корка, возникшая при постоянном истечении газов, по опреде­лению окажется пористой. Даже если под ней после испарения части кометно­го вещества образуются заметные пусто­ты, в условиях низкой гравитации она совершенно не обязана "обрушиваться", предоставляя солнечным лучам доступ к "свежим" участкам поверхности. Во вся­ком случае, это происходило бы редко и совершенно не объясняло бы высокую активность комет, наблюдаемых на рас­стояниях больше 1 а.е. от Солнца.

Не имеется также четкого объясне­ния такому известному явлению, как вспышки кометной активности. Обра­зование "газовых пузырей" с повышен­ным давлением под коркой "грязи", взламывающих эту самую корку изнут­ри, снова-таки исключается ее порис­тостью. К тому же такие вспышки час­то наблюдаются при удалении комет от Солнца, когда температура поверхнос­тного слоя и, как следствие, давление газа под ним должны снижаться.

Какие же процессы можно привлечь к объяснению наблюдаемого поведения ко­мет? Ответ становится очевиден, если приложить классические схемы радио­лиза, приведенные в учебниках по радио­химии, к принятому в настоящее время составу кометного вещества. Итак, основ­ной его компонент — водяной лед — раз­лагаемся на водород (легкий низкокипя-щий газ, который почти сразу улетучива­ется в космическое пространство) и ради­кал гидроксила, остающийся в ядре и вступающий в дальнейшие превраще­ния, образуя, например, перекись водо­рода (известный бытовой окислитель), озон (тяжелую трехатомную разновидность кислорода) и собс­твенно кислород, в условиях космического холода тысячелети­ями сохраняющийся в замерзшем состоянии.

Другой важный компонент комет — метан — при радиолизе также теряет водород, превращаясь в высокоактивный радикал карбон (CHi), полимеризующийся в более сложные углеводороды. Похожие процессы приводят к образованию гидразина (известно­го ракетного горючего) из аммиака, сию одного "кометного газа".

Смеси горючих веществ с жидким кислородом в промыш­ленности называются "оксиликвитами" и используются в ка­честве взрывчатки, удобной тем, что в случае неу­дачного подрыва кислород испаряется и заряд становится бе­зопасным -  но это испарение эффективно происходит только в "тепличных" земных условиях. Сильными взрывчатыми свойствами обладают и смеси органических соединений с пе­рекисью водорода. Не говоря уже о том, что за миллиарды лет существования кометных ядер в результате перехода энергии космических лучей в химическую энергию там могли образо­ваться нестабильные молекулы, способные разлагаться с вы­делением этой энергии при малейшем внешнем воздействии.

Таким воздействием для кометы становится нагрев Солнцем после приближения к нему на некоторое критическое расстоя­ние. И, в зависимости от состава кометного вещества, либо на­чинается тривиальное химическое горение с участием горючего и окислителя (похожее на горение ракетного пороха), либо про­исходит взрыв с выбросом большого количества газов и облом­ков, наблюдаемый с Земли как вспышка яркости кометы.

Явление вспышек неплохо согласуется с предположениями о том, что кометные ядра состоят из большого количества более мелких обломков, бывших в свое время самостоятельными те­лами Солнечной системы. Поскольку распад радиоактивных элементов, входящих в состав этих обломков, выделяет заведо­мо меньше энергии, чем поступает извне с космическими луча­ми (к тому же количество "внутренних" радиоактивных ато­мов уменьшается со временем, а интенсивность космической радиации практически постоянна), нетрудно понять, что более всего затронутыми процессами радиолиза окажутся внешние слои этих обломков. После слипания их в конгломераты, на­блюдаемые сейчас как ядра комет, эти слои образуют внутри ядер разветвленные прослойки "кометного порока". Если кон­центрация горючего и окислителя в них будет достаточно велика, комета, приблизившись к Солнцу, превратится в на­стоящую "космическую петарду". Непрерывный процесс горе­ния может остановить только исчерпание "топлива" (сниже­ние его концентрации до порога воспламенения) либо вмеша­тельство в процесс холодных инертных компонентов (азот, ар­гон, оксиды металлов), также содержащихся в ядре. Иногда прослойка между отдельными "микрокометами" полностью выгорает, и они разлетаются в пространстве впечатляющим фейерверком. Нечто подобное, по-видимому, и произошло с фрагментом В кометы 73P/Sehwassmann-Wachmann 3.

Сколь бы ни логичными выглядели такие предположения о строении комет, они (по данным, имеющимся у автора) не были учтены при проектировании космического аппарата Rosetta,³ запущенного 2 марта 2004 г. к комете Чурюмова-Герасимен-ко (67P/Churyumov-Gerasimenko). Похоже, что после прибытия к ней в 2014 г. миссию ожидает много неожиданностей, причем не обязательно приятных. Однако новый подход к вопросу со­става кометного вещества имеет и с#убо практическое следс­твие: если космическая экспансия человечества все-таки нач­нется — она будет обеспечена достаточно мощным источником энергии, кислородом для дыхания и материалами для органи­ческого синтеза в виде большого количества "хвостатых звезд", уже известных и тех, которые только предстоит открыть.