30 лет назад американские и канадский астрономы случайно обнаружили комету, которая быстро стала одной из самых известных в мире. Она летела навстречу крупнейшей планете Солнечной системы. «Хайтек» рассказывает о первом наблюдении за столкновением кометы и газового гиганта и его значении для планетологии.
24 марта 1993 года американские астрономы Юджин и Каролин Шумейкеры и канадец Дэвид Леви впервые наблюдали объект, который позже назвали кометой Шумейкеров — Леви 9 (SL9, официальное название — D/1993 F2). Уже первые наблюдения показали, что она представляет нечто необычное. Позже исследователи установили, что эта комета была разорвана на несколько частей, а траектория ее движения пересекается с Юпитером.
Через год после открытия, во второй половине июля 1994 года, фрагменты кометы вошли в атмосферу Юпитера. Это было первое наблюдаемое столкновение двух тел Солнечной системы. Исследователи зафиксировали 20 различимых фрагментов диаметром до 2 км, которые столкнулись с планетой со скоростью 60 км/с.
Это наблюдение имело не только научное значение: она привлекла общественное внимание к опасности столкновения астероидов и комет с Землей. Через несколько лет после столкновения Голливуд выпустил сразу два фильма о космических объектах, угрожающих Земле — «Армагеддон» и «Столкновение с бездной». А уже с конца 90-х годов космические и исследовательские агентства по всему миру начали работать над системой для отслеживания опасных околоземных объектов и предупреждения столкновений.
Первая комета, вращающаяся вокруг Юпитера
Группа астрономов Шумейкеры и Леви были одними из первых исследователей Солнечной системы, которые целенаправленно искали астероиды и кометы, потенциально опасные для Земли. Они использовали 0,46-метровый телескоп Паломарской обсерватории для регулярного обзора неба в поисках новых объектов, направляющихся в сторону нашей планеты.
На одном из снимков, сделанных 24 марта 1993 года, исследователи обнаружили яркий объект, двигавшийся вблизи Юпитера. Подтверждающие фотографии в большем разрешении, сделанные в следующие несколько дней Джимом Скотти с помощью телескопа, установленного в Национальной обсерватории Китт-Пик, показали, что комета была разделена на множество отдельных фрагментов.
Астроном сообщил по крайней мере о пяти сгущениях в виде очень длинной узкой цепочки длиной примерно 47 угловых секунд и шириной около 11 угловых секунд, с пылевыми следами, отходящими с двух сторон. Это дало первый намек на то, что комета D/1993 F2 — необычная. Кроме того, исследователи отметили, что на снимках ночного неба комета находилась всего в 4° от Юпитера. Это могло означать либо наложение объектов, либо то, что комета, находилась чрезвычайно близко к газовому гиганту.
Орбитальные исследования подтвердили первоначальную гипотезу: в отличие от всех известных в то время комет, D/1993 F2 действительно была захвачена гравитационными силами Юпитера и вращалась не вокруг Солнца, а вокруг этой гигантской планеты. Исследователи рассчитали, что комета была захвачена газовым гигантом еще в конце 60-х или начале 70-х годов, а в 1992 году она распалась на несколько кусков, когда приблизилась к планете на расстояние менее 120 тыс. км.
Наблюдение за столкновением
Анализ орбиты показал, что комета Шумейкеров — Леви 9 врежется в Юпитер в июле 1994 года. Астрономы заранее рассчитали не только дату, но и место столкновения, поэтому самые разные телескопы на Земле и на орбите и зонды в космосе были готовы к наблюдению за событием.
Столкновения продолжалось несколько дней: с 16 по 22 июля 1994 года. Все столкновения происходили на обратной стороне планеты, которая не была видна наблюдателям. Но осколки врезались в газовый гигант достаточно близко к утреннему «терминатору» (линии светораздела, отделяющей освещенную и темную стороны планеты), а потому из-за вращения через несколько минут следы ударов уже были видны с Земли.
Первое столкновение произошло 16 июля 1994 года, когда фрагмент А ядра кометы врезался в южное полушарие Юпитера со скоростью около 60 км/с. Приборы на «Галилео», который еще только двигался в сторону Юпитера и находился от него на расстоянии около 1,6 а.е., обнаружили огненный шар. Его пиковая температура достигла около 23 700 °C, а затем быстро охладилась до 1 230 °C. Для сравнения, нормальная температура верхней части атмосферы Юпитера, — -143 °C. Шлейф от огненного шара достиг высоты более 3 тыс. км и был обнаружен космическим телескопом «Хаббл».
В течение следующих шести дней наблюдалось не менее 20 столкновений. Самое крупное из них произошло 18 июля, когда в атмосферу Юпитера вошел фрагмент G. Это столкновение создало гигантское темное пятно диаметром более 12 000 км (чуть меньше диаметра Земли) и, по оценке, высвободило энергию в 6 млн мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это примерно в 600 раз больше всего мирового ядерного арсенала того времени.
Научное значение столкновения
Хотя темные пятна от столкновения на Юпитере со временем исчезли, они предоставили ученым уникальную возможность узнать больше о составе атмосферы этой планеты. Осколки кометы, которые влетели в атмосферу, пробили верхние слои облаков и показали исследователям, что скрывалось под ними.
Спектрографический анализ, проведенный на основе наблюдений телескопа «Хаббл», впервые показал наличие в атмосфере планеты двухатомной серы, сероуглерода, сероводорода и аммиака. При этом количество серы, зафиксированное приборами, превышало то, которое могло попасть на планету вместе с кометой, а значит происходили из недр Юпитера. Кроме того, исследователи впервые зафиксировали излучение тяжелых атомов, таких как железо, магний и кремний. Их количество также было больше, чем могло содержать ядро кометы.
Последствия столкновения проявлялись в течение нескольких лет после самого события и позволили астрономам узнать больше о свойствах газовых гигантов. Например, рябь на главном кольце Юпитера, которую после столкновения зафиксировал «Галилео», все еще наблюдалась через 17 лет, когда в 2011 году мимо пролетал корабль «Новые горизонты».
А наблюдения космического телескопа «Гершель» в 2013 году (почти через 20 лет после столкновения) показали, что в южном полушарии Юпитера выше концентрация воды, причем большая ее часть сосредоточена в местах, куда падали осколки кометы.
ESA/Herschel/T. Cavalié et al.; Фото Юпитера: NASA/ESA/Reta Beebe (New Mexico State University)
Сегодня астрономы знают, что столкновения с Юпитером случаются довольно часто. Спустя десятилетия технологии фотографии значительно улучшились и любители, которые не ограничены дорогим временем мощных телескопов, регулярно делают снимки и видео Юпитера с высоким разрешением. Не менее 10 ударов было зафиксировано с 2009 года, но комета Шумейкеров — Леви 9 остается уникальное из-за своего размера. Компьютерное моделирование показало, что объекты с диаметром 0,3 км сталкиваются с планетой примерно раз в 500 лет, а те, чей размер достигает 1,6 км — каждые 6 тыс. лет. Это говорит о чрезвычайной удаче астрономов, которые смогли заранее заметить и предсказать столкновение такого крупного объекта.
Читать далее:
Найден способ снизить сахар в крови без уколов инсулина
Ученые считают, что форма Вселенной не такая, как все думают
Вертолет НАСА показал закат на Марсе. Он не похож на земной
На обложке: комбинированное изображение осколков кометы и Юпитера. Изображение: NASA, ESA, H. Weaver & E. Smith (STScI) and J. Trauger & R. Evans (Jet Propulsion Laboratory)