авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Вологодский

государственный педагогический университет»

(ВГПУ)

В.П.Томанов, А.С.Шиляев

КОМЕТНАЯ КОСМОГОНИЯ

Вологда

2012

Глава 1

КОМЕТНАЯ КОСМОГОНИЯ § 1. Космогонические гипотезы Начала научной кометной космогонии были заложены на рубеже XVIII и XIX ве ков в виде двух основных направлений, которые продолжают развиваться до настоящего времени. Лаплас (1796) предложил первую научную гипотезу о межзвездном происхож дении комет, ввел в небесную механику понятие сферы действия планеты, создал метод определения трансформации кометной орбиты в сфере действия Юпитера. Лагранж (1812) математически обосновал новую гипотезу о происхождении комет в результате взрывов на больших планетах, особенно на Юпитере, и явился родоначальником вулка нической (эруптивной) теории происхождения комет.

За два столетия научной кометной космогонии создано несколько десятков гипотез о происхождении комет (см. В.П. Томанов, (1989)). Назовем лишь некоторые из них.

Оорт (1950, 1951) из анализа распределения величин обратных больших полуосей ко метных орбит пришел к выводу о существовании «облака» комет на расстоянии 100- тыс. а.е. от Солнца. Литтлтон (1948) предложил гипотезу об образовании комет из меж звездной материи, захваченной в Солнечную систему на основе механизма гравитацион ной фокусировки.

Гипотезу о реликтовом происхождении комет в первичном газопылевом облаке рассматривали О.Ю. Шмидт (1945), Камерон (1963), Хиллс (1973), Л.М.Шульман (1983).

Согласно гипотезе Койпера (1951), кометы конденсировались в первичной лапласовской туманности на расстоянии 40-50 а.е. от Солнца.

В гипотезе Альвена (1979) кометы рождаются в метеорных потоках. Согласно В.Д.

Давыдову (1981), кометы возникают при приливном разрушении астероидов. С.В.Орлов (1939) развивал гипотезу об образовании комет в результате столкновений астероидов с крупными метеоритами.

Гипотезу о генетической связи почти параболических комет с гипотетическими транснептуновыми планетами разрабатывали В.В. Радзиевский (1987), А.С.Гулиев (1992, 1999) и др.

Ф.Р. Мультон (1908) предположил, что кометы образуются из вещества, вырванно го или выброшенного из Солнца. Б.М. Константинов и др. (1966) высказали гипотезу об антивещественной природе комет, полагая, что кометы приходят к Солнцу от других звездных систем, состоящих из антивещества.

В 1977 г. при подведении итогов исследований по кометной астрономии за 26 лет Ридлей (1977) выделяет четыре основных направления: модель ледяного ядра Уиппла, облако Оорта, теория происхождения комет Литтлтона и воздействие солнечного ветра на хвосты комет. В 1986 г. в обзорной статье, посвященной происхождению комет Бей ли, Стагг (1988) выделяют три периода в истории кометной космогонии: 1) до 1940 г.

кометы считались малосущественным компонентом Вселенной;

2) несколько десятиле тий развивались взгляды Оорта;

3) в последнее десятилетие интенсивно исследуется за хват комет из межзвездного облака.

Обилие гипотез свидетельствует о явном неблагополучии в кометной космогонии.

Ни одна из гипотез не получила широкого признания. Часто гипотезы оказываются не востребованными потому, что их авторы для проверки теоретических выводов в недос таточной мере используют данные кометных каталогов. К примеру, полностью игнори рует каталожные данные Ф.А. Цицин (1999). Гипотеза также оказывается невостребо ванной, если ее автор игнорирует астрофизический аспект проблемы. Так, печальная участь постигла гипотезу Литтлтона (1948) после того, как Л.М. Шульман (1980) пока зал, что при столкновении тел на антиапексиальной полуоси движения Солнца неминуе мо происходит превращение в пар сталкивающихся тел и, естественно, становится не возможным формирование ледяного кометного ядра. Космогоническая гипотеза, пре тендующая на адекватное отражение механизма рождения кометных ядер, должна: со держать сравнение теоретических и наблюдательных элементов кометных орбит;

объяс нять основные закономерности в кометной системе и прогнозировать новые, ранее не известные закономерности (В.П. Томанов, 1992).

В работе В.В. Кузьмичева (2003) выполнен статистический анализ системы почти параболических комет (ППК, период P 200 лет) с использованием каталога Марсдена и Вильямса (2008), включающего N = 1177 ППК в появлении к концу 2001 г. Выявлены следующие закономерности в системе ППК, которые должны иметь космогоническую интерпретацию: 1) Перигелии и узлы орбит почти параболических комет расположены в основном на малых гелиоцентрических расстояниях (r 1.5 а.е.). Это означает, что ор биты ППК пронизывают Солнечную систему преимущественно через зону планет зем ной группы. 2) Афелии долгопериодических комет расположены около пояса Койпера.

3) Функция распределения ППК по эксцентриситету резко обрывается при e = 1. 4) Ли нии апсид ППК составляют малый угол с вектором пекулярной скорости Солнца. 5) На блюдается высокая концентрация плоскостей кометных орбит около плоскости эклипти ки. 6) В системе ППК есть 372 кометы с q 0.01 а.е. Все эти кометы движутся вблизи (i = 143, = 0) и имеют практически общий перигелий ( 238, плоскости 35 ) В работе О.А. Горшковой и В.В. Кузьмичева (2006) выполнен статистический ана лиз комплекса короткопериодических комет (КПК, период P 200 лет) и сделано заклю чение, что основными закономерностями в комплексе КПК, которым должна соответст вовать космогоническая гипотеза, являются следующие: 1) Преобладание прямых дви жений. Наклон к эклиптике i 30° имеют 87% орбит КПК. Восемь комет ретроградные.

2) Афелии (перигелии) расположены в основном вблизи узлов. Угол между линией узлов и линией апсид у 3/4 орбит составляет менее 45°. 3) В комплексе КПК выделяется боль шая группа комет (N=172 объекта), которая в распределении по суточному движению ограничена с одной стороны люком при п = 300", а = 5.1 а.е., соизмеримость с Юпите ром 1:1;

и, с другой стороны, люком при п = 700", а = 2.9 а.е., соизмеримость с Юпите ром 3:7. Узлы и афелии комет этого семейства лежат около орбиты Юпитера. Среднее значение постоянной Тиссерана для комет данного семейства С = 2.80. 4) Кометы с а.е. а 50 а.е. двигаются в резонансе с Сатурном и Нептуном, соизмеримость 1:1. Ди намические характеристики комет этой группы близки к соответствующим параметрам почти параболических комет. Названные закономерности могут использоваться как кри терии для тестирования космогонических гипотез.

Эруптивная гипотеза. Гипотеза о выбросе комет с поверхности планет была исто рически первой научной космогонической гипотезой. Лагранж (1812) высказал мысль о том, что частичные или полные взрывы удаленных от Солнца планет могли порождать кометы. Лагранж нашел, что некоторые из обломков могли получить параболические скорости, другие - эллиптические. При этом для выброса будущей кометы на параболи ческую орбиту необходима скорость ( 2-1)Vпл V ( 2+1)Vпл, где Vпл - круговая ско рость планеты. Математическая сторона гипотезы Лагранжа выполнена изящно, но, по заявлению Скиапарелли (1871), «первые приложения этой гипотезы Ольберсом к объяс нению происхождения комет встретили холодный прием у астрономов. И ни один факт в дальнейшем не подтвердил ее».

С.К. Всехсвятский (1967), начиная с 30-х годов, развивал гипотезу Лагранжа, пред полагая вначале, что кометы являются продуктом вулканической деятельности Юпитера, а в 60-х годах он считал, что источником короткопериодических комет могли быть спут ники планет-гигантов. Э.М. Дробышевский (1984) предложил механизм выброса фраг ментов ледяной коры спутников планет-гигантов вследствие взрыва гремучего газа, об разующегося в результате электролиза электрическим током, обусловленного взаимо действием спутника с магнитосферой планеты.

Многие авторы критически рассматривали гипотезу о происхождении комет путем взрывов или извержений на планетах и спутниках и приходили к выводу о ее несостоя тельности. Приведем некоторые доводы, высказывавшиеся против этой гипотезы.

Впервые Гаус (1813) отметил, что линия узлов кометной орбиты должны совпадать с линией апсид и одновременно лежать в плоскости орбиты кометы, чего в действитель ности не наблюдается.

Тиссеран (1986) показал, что в результате выброса вектор скорости должен образо вать с радиусом-вектором угол, близкий к 3516 и заключил, что “эти весьма ограничи тельные условия делают совершенно невероятной рассматриваемую гипотезу”.

Согласно гипотезе извержения, кометные орбиты должны начинаться на поверхно сти планет или спутников. Однако тщательные исследования короткопериодических ко мет на предмет нулевых сближений с планетами и спутниками дали отрицательный ре зультат – Фай (1886), Корлин (1938), Каменский (1954), С.Г. Маковер (1967), Танкреди и Рикман (1967). Л. Кресак (1983) указал на отсутствие вообще какой-либо динамической связи со спутниками Урана трех комет и заключил: “…сомнительно, обоснованно ли во обще называть их “семейством Урана”. В.П. Томанов (1983 а) показал, что кометы пред полагаемого семейства Сатурна, всего 10 объектов, не имели динамической связи с Са турном. Отсутствие генетической связи комет с Ураном показано в статье В.П. Томанова (1983 б).

В.В. Радзиевский (1979) рассмотрел условия выброса с Юпитера, определил ско рость V продуктов извержения на границе атмосферы Юпитера в функции элементов кометной орбиты. Показано, что для получения теоретических кометных орбит, адекват ных наблюдаемым, необходимо ограничить скорость извержения на Юпитере величиной 60,45 км/с и считать “работающий” диапазон скоростей шириной всего лишь в 0.25 км/с.

В работе М.В. Николаевой и В.П. Томанова (1987) в рамках задачи трех тел изуче ны условия выброса на гелиоцентрическую орбиту с любого спутника планет Солнечной системы. Получена формула, определяющая необходимую начальную скорость V на спутнике для старта на гелиоцентрическую орбиту с большой полуосью a, эксцентриси тетом e, перигелийным расстоянием q, наклоном i. Вычислены значения V для всех ре альных комет, которые обычно относят к семействам Сатурна, Урана, Нептуна. Оказа лось, что необходимые скорости выброса в 2-3 раза больше тех теоретических значений скоростей, которые принимал С.К. Всехсвятский (1967).

Важнейшим критерием, определяющим правдоподобность космогонической гипо тезы, является соответствие теоретических и наблюдаемых (каталожных) элементов ко метных орбит. Теоретические элементы кометных орбит вычислены по формулам С.К.

Всехсвятского (1967) в работах М.В. Николаевой и В.П. Томанова (1984, 1987) и показа но, с использованием критериев согласия Пирсона и Колмогорова, что теоретические орбиты не согласуются с орбитами реальных комет.

В статье В.П. Томанова (1991) выполнена статистическая проверка эруптивной ги потезы на предмет извержения почти параболических комет. Проведен анализ распреде ления наклонов, полюсов, гелиоцентрических расстояний узлов кометных орбит и “ко метных близнецов”. Факторов, подтверждающих гипотезу извержения не обнаружено.

В работе В.П. Томанова (1983 в) приводится сравнение основных следствий, выте кающих из гипотез захвата и извержения комет, обсуждаются в сравнительном плане некоторые характеристики кометной системы – блеск, химический состав комет, комет ные семейства и др. Сделан вывод о несоответствии эруптивной гипотезы основным за кономерностям в кометной системе. Получены новые аргументы в пользу гипотезы за хвата комет.

Гипотеза захвата. Впервые предположение о приходе комет к Солнцу из меж звездного пространства выдвинул Лаплас (1796). Развивал идею Лапласа о межзвездном происхождении комет, во второй половине XIX века Ньютон (1878, 1891), Тиссеран (1896), Шульгоф (1891), Калландо (1892) заложили основы теории происхождения ко роткопериодических комет в результате захвата – преобразования первоначальной вытя нутой орбиты в короткопериодическую под действием сильных планетных возмущений при прохождении кометы в сфере действия планеты.

Во второй половине XX века в связи с развитием вычислительной техники появи лось огромное число публикаций, посвященных проблеме захвата комет. В работе Кару зи и Валенски (1987) дан обзор работ по захвату короткопериодических комет, здесь же рассмотрены одноступенчатые и многоступенчатые захваты, изучены либрационые движения в окрестности резонансов с большими планетами.

Проблеме происхождения короткопериодических комет в результате захвата пла нетами-гигантами посвящены работы В.П. Томанова (1980 а, 1980 б, 1981 б, 1983 г). В обстоятельных работах Е.И. Казимирчак-Полонской (см. например, (1978)) удостоенных премии им. Бредихина, не только подтверждены основные выводы французских теоре тиков, но и сделан новый значительный шаг в развитии теории захвата. Ею исследована эволюция многих короткопериодических комет (КПК) с полным учетом планетных воз мущений, а иногда и с учетом негравитационных эффектов на интервале четырехсот лет (1660-2060гг.). Эверхарт (1972, 1976) методом Монте-Карло исследовал миллионы фик тивных комет на больших интервалах времени, подтвердил основные выводы Казимир чак-Полонской, показал, что большинство КПК могут быть получены в результате за хвата с парабол, если перигелийное расстояние q и наклон i удовлетворяют критерию q 4 6 a.e., i 9. (1.1) Этот исключительно важный в космогоническом аспекте теоретический прогноз Эвер харта проверен с помощью реальных комет в работе В.П. Томанова (2007).

В настоящее время, по-видимому, общепризнано, что короткопериодические коме ты – продукт захвата планетами-гигантами и, прежде всего, Юпитером из поля долгопе риодических комет. Из какого резервуара Юпитер черпает КПК? Койпер (1951) предпо ложил, что кометные ядра сконденсировались в первичной лапласовской туманности на расстоянии 40-50 а.е. от Солнца. Данную транснептуновую зону теперь называют поя сом Койпера. К настоящему времени здесь открыто более 1000 объектов кометно астероидного типа.

Глобальной проблемой кометной космогонии является вопрос о происхождении ДПК и ППК, служащих базой для захвата на короткопериодические орбиты. Захват меж звездных комет в Солнечную систему в результате гравитационного взаимодействия с планетами рассмотрен в работах В.В. Радзиевского и В.П. Томанова (1977 а, 1977 б). Ис следован захват межзвездных комет, имеющих в бесконечности относительную скорость V, движущихся в Солнечную систему из радианта, совпадающего с апексом пекулярно го движения Солнца (А=270, А=53.5). Доказана теорема: необходимым и достаточ ным условием захвата малого тела Солнечной системой является такое его взаимодейст вие с планетой, в результате которого проекция скорости этого тела на вектор скорости планеты u уменьшается на величину = V2/2u. Получены формулы, определяющие все элементы орбиты захваченного кометного ядра в функции V и места захвата. Теорети ческие элементы орбит хорошо согласуются с наблюдаемыми (каталожными).

Теоретически предсказаны и подтверждены на основе статистической обработки каталожных данных следующие новые закономерности в кометной системе (В.П. Тома нов, 1975, 1976, 1977, 1979, 1980) зависимость наклона кометных орбит от долготы вос ходящего узла;

б) распределение восходящих узлов кометных орбит в зависимости от эклиптической долготы;

в) эффект группировки полюсов кометных орбит к большому кругу, плоскость которого перпендикулярна оси движения Солнца;

г) закономерности распределения числа перигелиев и блеска комет в зависимости от углового расстояния их орбит от апекса Солнца;

д) эффект концентрации узлов и перигелиев к орбитам больших планет;

е) зависимость между перигелийным расстоянием кометных орбит и расстоянием от апекса Солнца;

ж) эффект асимметрии элементов кометных орбит отно сительно круга эклиптических широт, проходящего через солнечный апекс.

В работе В.П. Томанова (1987) приведены современные аргументы в пользу гипо тезы Лапласа о межзвездном происхождении комет: 1. Кометные ядра существуют в не драх межзвездных газопылевых и молекулярных облаков. Процесс конденсации комет ных ядер рассматривали Фесенков, Ябушита, Мак-Кри, Хасегава, Гринберг, О’Делл, Клаб, Напиер, Уиплл и др. 2. Химический состав комет и межзвездной среды тождестве нен (Добровольский, Дельземм, Сагдеев, Кук и Вакрамазингх, Шимицу, Чурюмов и др.).

3. Солнце многократно пересекало межзвездные облака, галактическую плоскость, спи ральные рукава Галактики (Хойл, Литтлтон, Мак-Кри, Дэвис Кауфман и др.). 4. Эпоха захвата комет в Солнечную систему соответствует последнему прохождению Солнца через облако, содержащее кометные ядра – несколько миллионов лет тому назад (Хат, Вейсман, Лаврухина и Устинова и др.).

В литературе встречается единственный аргумент против концепции межзвездного происхождения комет: должны были бы наблюдаться кометы с большими гиперболиче скими эксцентриситетами орбит (е2). Действительно, такие кометы могли бы наблю даться, но лишь в эпоху захвата, которая имела место несколько миллионов лет назад, т.е. еще до появления на Земле цивилизации.

Гипотеза о связи комет с трансплутоновыми планетами. Известно, что афелии короткопериодических комет (КПК, период P 100 лет) располагаются около орбит планет-гигантов. Исходя из критерия близости кометных афелиев к орбите соответст вующей планеты, комплектуются семейства КПК Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Впервые Шютте (1949) обратил внимание на семейство из пяти (109P/1862 O1, C/ M1, C/1907 G1, C/1917 F1, 35P/1939 O1) долгопериодических комет (ДПК, период P 100 лет), афелийные расстояния которых заключены в интервале Q 47.6 а.е. 59.0 а.е. Родительской планетой этого семейства Шютте считал Плутон.

Г.А.Чеботарев (1972) высказал сомнение в том, что указанное семейство комет связано с Плутоном, и предположил, что семейство принадлежит неизвестной десятой планете с большой полуосью A 53.7 а.е. Позднее Шютте (1965) указал еще одну группу из комет с афелиями, расположенными в трансплутоновой зоне – 73.1 а.е. Q 102.5 а.е.

По мнению Г.А. Чеботарева (1972), данное семейство связано с гипотетической транс нептуновой планетой, имеющей большую полуось A 100 а.е. Значение А планеты при нято равным среднему афелийному расстоянию Q кометных орбит.

А.С. Гулиев и А.С. Дадашов (1989) предполагают, что пять комет с афелийными расстояниями от 47.7 а.е. до 59.2 а.е. связаны с планетой, имеющей большую полуось A 55 а.е., наклон орбиты к эклиптике i 30, долготу восходящего узла 272. По мнению этих же авторов, для шести комет (99 а.е. Q 116 а.е.) существует «родона чальная» планета с орбитальными характеристиками i 30, 341, A 110 а.е. Ав торы отмечают, что они исходили из предположения близости афелийных расстояний кометных орбит к большой полуоси орбиты «родоначальной» планеты.

Для определения большой полуоси А орбиты родительской планеты В.П. Томанов и С.В. Кузьмин (1989) использовали критерий Радзиевского-Тиссерана. Сделан вывод о возможности существования трансплутоновой планеты на гелиоцентрических расстоя ниях 55-60 а.е. в плоскости эклиптики.

А.С. Гулиев (1987), анализируя данные о короткопериодических кометах, которые обычно относят к семейству Нептуна, предположил существование неизвестной планеты ( i 30, 287) в зоне Нептун-Плутон.

В основу гипотезы В.В. Радзиевского (1987) положен постулат о наличие на окраи не Солнечной системы двух массивных планет X1 (Р 2000 лет, i 140, =75, m 50m ), X2 ( P 1800 лет, i 60, =270). Обе планеты двигаются около галактиче ской плоскости. Параметры планет получены статистическими методами и имеют точ ность порядка 10. Показано (В.П. Томанов и О.В. Калиничева 1999, 2000), что при об работке наблюдательного материала В.В. Радзиевским получены ошибочные результа ты. Полагая, что перигелии (афелии) орбит почти параболических комет расположены около плоскости орбиты «материнской» планеты, ошибочно сделан вывод об их концен трации к галактическому экватору. Фактически на галактических широтах 5 b 15 имеет место дефицит перигелиев. Не соответствует действительности за ключение о повышенной концентрации полюсов орбит ППК к галактическим полюсам.

Б.Н. Науменко (1982), анализируя данные об орбитах 22 комет, пришел к выводу о существовании четырех неизвестных планет с А равным 77, 123, 201, 285 а.е. А.С. Гули ев (1994) предсказывает существование планеты, двигающейся по орбите с A 165 а.е., i 37. По мнению Андерсена (1987), существует неизвестная планета, орбита которой либо сильно вытянута и имеет A 57-107 а.е., либо почти перпендикулярна эклиптике.

Исследуя долгопериодические кометы, Матесе (1999) предположил, что на орбиты этих комет влияет далекая планета с массой m 3m Юп, большой полуосью A 25000 а.е. и наклоном i 90. Эти выводы были сделаны на основе статистики 20 кометных орбит.

Авторы предприняли попытку проверить реальность существования планеты Х, применяя для этой цели долгопериодические кометы. В статистике использован комет ный каталог Марсдена и Вильямса (2003), в котором содержатся элементы орбит 274 ко роткопериодических комет (КПК, P200 лет) и 792 почти параболических комет (ППК, P200 лет). Проверять наличие гипотетических планет будем в трех плоскостях: 1. плос кость перпендикулярная эклиптике и проходящая через точки солнцестояний - П1 (i = 90.0;

= 90.0), 2. плоскость Галактики - П2 ( i = 60.2;

= 269.3), плоскость эклип тики – П3. В каталоге Марсдена элементы орбит даны в эклиптической системе коорди нат. Мы вычислили элементы кометных орбит в системах координат, где в качестве ос новной плоскости приняты плоскости П1 и П2. Таким образом, ниже используется ко метный каталог в трех системах координат.

Оценим возможный радиус орбиты родительской планеты по положению узлов кометных орбит. Если комета выходит на гелиоцентрическую орбиту из сферы действия планеты, то один из узлов ее орбиты («рабочий» узел или место ее «рождения») обязан располагаться на орбите родительской планеты с отклонением от нее не более чем на величину радиуса сферы действия. Гелиоцентрическое расстояние восходящего RА и нисходящего RD узлов кометных орбит определяется из формул q 1 e q 1 e RA ;

RD, (1.2) 1 e cos 1 e cos где q, e, - перигелийное расстояние, эксцентриситет, аргумент перигелия. Результаты вычислений по формулам (2) приведены в табл. 1. Максимальное число узлов (N = или 42.6 % от общего числа) расположено на эклиптике (плоскость П3) на гелиоцентри ческих расстояниях R2 а.е. На плоскостях П1 и П2 число узлов на 1-2 % меньше. На эк липтике на гелиоцентрических расстояниях R6 а.е. расположено N =1083 или 68% уз лов. Плотность N R2 - R12 в зоне планет земной группы на плоскости П3 состав ляет = 53.7 (а.е.)-2. Около орбиты Юпитера плотность уменьшается до = 1.94 (а.е.)-2.

В поясе Койпера 2.6·10-3 (а.е.)-2. Таким образом, абсолютное большинство узлов на ходится на малых гелиоцентрических расстояниях. Если «рождение» комет происходит в узлах, то место их рождения, возможно, находится в близкой около солнечной области.

А.С. Гулиев (1992) высказывает гипотезу о двух трансплутоновых планетах, осно вываясь на некотором преобладании узлов кометных орбит в двух зонах: на гелиоцен трических расстояниях 48.5-56.6. а.е. в плоскости 1=262.9, i1=29.6, а также на интер вале 102-112 а.е. в плоскости 2=341, i2=30.5. Для проверки гипотезы о трансплутоно вых планетах в указанных плоскостях мы создали два каталога в координатных систе мах, где за основные плоскости приняты данные плоскости. Характер распределения уз лов в первой плоскости таков же, как и в табл.2: наблюдается очень высокая концентра ция узлов на малых гелиоцентрических расстояниях, а далее идет резкий спад по экспо ненте. На расстоянии R2 а.е. расположено 687 (46%) узлов, плотность = 54.7 (а.е.)-2.

Таблица 1. Распределение гелиоцентрических расстояний восходящих и нисходя щих узлов в трех плоскостях П1 П2 П RA,D -2 - (а.е.)- а.е. (а.е.) (а.е.) N N N 0-2 640 50.93 663 52.76 675 53. 2-4 276 7.32 252 6.68 286 7. 4-6 108 1.72 132 2.10 122 1. 6-8 81 0.92 77 0.88 75 0. 8-10 68 0.58 46 0.41 50 0. 10-20 104 0.11 127 0.14 117 0. 2.42·10-2 3.50·10-2 3.37·10- 20-30 38 55 1.68·10-2 2.13·10-2 1.14·10- 30-40 37 47 6.72·10-3 7.43·10-3 7.43·10- 40-50 19 21 4.63·10-3 3.76·10-3 2.60·10- 50-60 16 13 2.94·10-3 3.67·10-3 2.94·10- 60-70 12 15 2.76·10-3 3.82·10-3 2.55·10- 70-80 13 18 1.87·10-3 1.69·10-3 1.50·10- 80-90 10 9 1.84·10-3 1.51·10-3 6.70·10- 90-100 11 9 4.56·10-4 3.71·10-4 2.44·10- 100-200 43 35 1.02·10-4 1.08·10-4 1.15·10- 200-300 16 17 5.00·10-5 2.27·10-5 7.28·10- 300-400 11 5 2.83·10-5 3.54·10-5 3.18·10- 400-500 8 10 1.23·10-5 4.67·10-6 7.22·10- 500-1000 29 11 1000 44 22 На интервале 10 а.е. R 20 а.е. находится 103 узла, плотность здесь = 0.1 (а.е.)-2, что в 500 раз меньше, чем в околосолнечной области (R2 а.е.). Узлы, расположенные на рас стояниях R20 а.е. можно считать спорадическими: на гелиоцентрических расстояниях 20 а.е.

R 120 а.е. на площади S=43982 (а.е.)2 расположены 184 узла, что в среднем составляет 4. узла на 1000 (а.е.)2. На гелиоцентрических расстояниях от 48.5 а.е. до 56.6. а.е. находятся узлы 14 комет. Здесь очень маленькая плотность узлов = 5.2 ·10-3 (а.е.)-2. Если 14 комет порожде ны одной планетой, то кометы должны иметь некоторые сходные динамические особенности.

Среди 14 орбит есть 2 гиперболы и 5 парабол. У эллиптических орбит величина афелийного расстояния Q колеблется в пределах от 148 а.е. (C/1952 H1) до 15210 а.е. (C/1954 O2). Таким образом, афелии располагаются вне зоны гипотетической трансплутоновой планеты. Распре деление наклонов i кометных орбит имеет случайный характер: от 11.6 до 151.6.

Наличие узлов кометных орбит на периферии Солнечной системы есть следствие определенной ориентации орбит в плоскости движения кометы, задаваемой величиной аргумента перигелия. Как следует из формул (2), гелиоцентрическое расстояние вос ходящего узла RA будет достаточно большим, если значение cos близко к -1, расстоя ние до нисходящего узла RD примет большие значения при cos +1. Математический прогноз подтверждается данными наблюдений. Можно было бы показать, что обнару женный новый эффект в кометной системе имеет простое геометрическое объяснение.

Методику определения радиуса А орбиты материнской планеты с помощью комет предложил В.В. Радзиевский (1987). В рамках математического аппарата круговой огра ниченной задачи трех тел В.В. Радзиевский получил уравнение, определяющее аналити ческую зависимость А от энергии и кинетического момента кометы. Оказалось, что ма тематический формализм прогнозирует наличие родительских планет как на малых ге лиоцентрических расстояниях (0.81 а.е., 0.99 а.е.), так и на далекой периферии Солнеч ной системы (955 а.е., 997 а.е., 1069 а.е.).

Если происхождение комет связано с планетами, то независимо от механизма вы броса кометы из сферы действия планеты невозмущенная гелиоцентрическая орбита должна проходить в непосредственной близости от орбиты материнской планеты. Таким образом, стратегия поиска родительской планеты сводится к выяснению величины ме жорбитального расстояния планет и комет. Полагая орбиты планет круговыми радиуса А, мы вычислили минимальное расстояние r орбиты каждой кометы от орбит 11 гипоте тических планет.

Результаты вычислений представлены в табл. 2, где для каждой из плоскостей П1, П2, П3, в которой предполагается наличие планеты дан радиус А данной гипотетической планеты, минимальное расстояние r от кометы до планеты и число N комет, которые проходили от орбиты этой планеты на расстоянии r меньшем заданного значения. Для гипотетических орбит А = 0.81 а.е. и 0.99 а.е. (первая строчка табл. 2) принято r 0.5 а.е, для орбит с 1 a.e.А300 a.e. r 5 а.е, во всех остальных строках табл.3 - r10 а.е. На пример данной задачей, по-видимому, мало перспективно: не существует доказательств генетической, к орбите А = 0.99 а.е. на плоскости П3 проходили на расстоянии r 0.5 N = 484 кометы, к орбите А = 1069 а.е. на плоскости П1 на расстояниях r10 а.е проходили N = 3 ком Из табл. 2 отчетливо видно, что абсолютное большинство комет проходят вблизи теоретических орбит, расположенных в зоне планет земной группы. При наличии гипотетических планет на далекой периферии Солнечной системы в распределении N можно было бы ожидать существование флуктуаций, но таковые отсутствуют (табл. 2).

В заключении отметим, что проблема планеты Х в контексте кометной космогонии весьма привлекательна для честолюбивых исследователей. Дело в том, что в ходе реше ния этой комплексной задачи можно попытаться одновременно разрешить две глобаль ные проблемы: открыть планету и понять как «рождаются» кометы. Однако, увлечение данной задачей, по-видимому, мало перспективно: не существует доказательств генети ческой связи почти параболических комет с гипотетическими трансплутоновыми плане тами.

Таблица 2. Расстояния между орбитами ППК и орбитами гипотетических планет Плоскость П1 Плоскость П2 Плоскость П А, А, А, r r r N N N а.е. а.е. а.е.

a.e. a.e. a.e 0.81 0.5 452 0.99 0.5 485 0.99 0.5 77 5 81 77 5 79 77 5 100 5 47 100 5 35 100 5 123 5 27 123 5 27 123 5 150 5 17 150 5 9 150 5 160 5 12 160 5 12 160 5 201 5 12 201 5 4 201 5 285 5 0 285 5 3 285 5 955 10 1 940 10 0 812 10 997 10 1 1006 10 0 958 10 1069 10 3 1332 10 0 1296 10 Гипотеза реликтового происхождения комет. В современной планетной космо гонии считается, что на определенном этапе эволюции Солнечной системы около прото солнца формируется дискообразная газопылевая протопланетная туманность. При столкновении пылинок, входящих в состав туманности, идет процесс аккумуляции с об разованием крупных тел, называемых планетезималями. Планетезимали – строительный материал, из которого формируются планеты.

Достигнув некоторой предельной массы, планета выбрасывает сближающиеся с ней тела на орбиты с большими эксцентрисите тами. Предположение о выбросе реликтовых планетезималей за пределы Солнечной сис темы Оорт (1950, 1951) положил в основу гипотезы о происхождении комет. Предпола гается, что кометы образовались вместе с планетами в едином процессе и были выбро шены возмущениями Юпитера на окраину Солнечной системы. Около 5% из общего числа выброшенных тел, под действием ближайших к Солнцу звезд остались двигаться вокруг Солнца на больших расстояниях, и составили так называемое облако комет. Под действием повторных возмущений звезд некоторые из этих тел опять залетают внутрь планетной системы и, приближаясь к Солнцу, наблюдаются в виде комет. Астрофизиче ский аспект гипотезы о реликтовой природе комет рассматривал Камерон (1963), счи тавший, что ядра комет формируются на ранней стадии эволюции Солнечной системы из первичного протозвездного газопылевого облака. Эту гипотезу развивали Хиллс (1973) и Л.М. Шульман (1983).

Количественное рассмотрение процесса выброса тел проводили Оорт (1950, 1951), В.С. Сафронов (1969), Фернандес, Ир (1983). Механизм выброса тел гравитацион ными возмущениями связан с перераспределением момента количества движения. Наи большие скорости относительно Солнца имели тела со случайными скоростями, направ ленными вдоль круговой орбиты в сторону вращения газопылевого диска. При сближе нии тела с планетой вектор его относительной скорости поворачивается без изменения величины. Абсолютная скорость увеличивается, если этот поворот происходит в направ лении орбитального движения планеты. При этом возрастает момент количества движе ния тела относительно Солнца за счт орбитального момента планеты. Итак, планетези мали выбрасываются преимущественно в направлении движения планеты.

Гипотетический рой комет на гелиоцентрических расстояниях около 150000 а.е. в литературе именуют облаком Оорта. Физический механизм образования этого облака не рассматривал ни Оорт, ни его последователи. Главная трудность, видимо, заключается в том, чтобы теоретически обосновать торможение кометных тел, прибывающих сюда из зоны Юпитера, и перевести их на круговые орбиты. Принципиальная трудность решения данной проблемы усугубляется двумя факторами: 1. Выбрасываемые кометные тела должны уходить из зоны Юпитера в плоскости близкой к эклиптике. При этом условии изначально облако Оорта должно иметь плоскую форму. Согласно Оорту, облако имеет изотропное распределение орбитальных плоскостей. 2. Выброс Юпитером реликтовых кометных тел мог происходить только в направлении движения планеты, т.е. изначально кометные орбиты должны иметь наклоны к эклиптике i 0. Однако, в реальной комет ной системе наклоны равновероятны, более того, преобладают кометы с обратными движениями (i 90).

Гипотеза о кометном облаке возникла следующим образом. Из нескольких сотен почти параболических комет Оорт отобрал 20 первоначальных орбит, у которых обрат ные значения большой полуоси 1/а 0.00075 (а.е.)-1. Для этих комет на кривой распре деления 1/a максимум лежит в интервале 01/a0.00005 (а.е.)-1, где оказалось 10 комет, т.е. 50% от всего статистического материала. Для адекватного изложения истории созда ния гипотезы о кометном облаке, процитируем Оорта (1950): «Кривая распределения 1/a имеет крутой максимум на очень малых значениях. Среднее значение 1/a для 10 орбит в первом интервале равно 0.000018, что соответствует большой полуоси 110000 а.е. Мо жем сделать вывод о том, что существенная фракция долгопериодических комет должно быть прибыла из областей пространства расположенных от 2а = 20000 до 150000 а.е., т.е.

вблизи звезд». Наличие высокого максимума в распределении 1/a при малых значениях - единственный аргумент в космогонической концепции Оорта, на основании которого высказана гипотеза кометного облака.

Литтлтон (1953) указал на принципиальную ошибку при определении максимума в распределении 1/а: систематические ошибки в определении 1/а сравнимы с этой величи ной. Литтлтон считает, что для доказательства существования облака Оорта надо пока зать наличие максимума афелиев на определнном расстоянии от Солнца. А.С.Гулиев и А.С. Дадашов (1985) считают, что недопустимо делить ось 1/а на равные отрезки и под считывать число комет на каждом из них. В этом случае даже при равномерном распре делении 1/а максимальное число комет обязательно придтся на отрезок вблизи 1/а 0.

Эти авторы считают, что для корректного решения проблемы необходимо рассматривать объмную плотность афелиев. Фернандес (1985) показал, что 1/а=0 обеспечивает Неп тун. Согласно И.Н. Потапову и Л.Е. Сухоплюевой (1989), максимум при 1/а=0 можно обеспечить действием галактических сил.

Для статистической проверки следствий, вытекающих из реликтовой гипотезы бу дем использовать 678 почти параболических комет (ППК, период P200 лет) с периге лийным расстоянием q 0.4 а.е. из каталога Марсдена и Вильямса (2003). В числе этих комет содержатся: а) долгопериодические кометы (ДПК, P200 лет, эксцентриситет e1, большая полуось a0, N=220), б) параболические кометы (ПК, е=1, а=, N=286), гипер болические кометы (ГК, 1е1.06, a0, N=172). Для всех этих комет мы вычислили пер воначальные орбиты, для чего выполнено численное интегрирование уравнений движе ния комет на 1000 лет назад. Вычисления проведены с применением интегратора Эвер харта и планетной эфемериды DE406. В итоге получен каталог первоначальных орбит, содержащий а) ДПК, N = 623, б) ГК, N=55. Отметим, что в комплексе ППК преобладают параболы (е=1) и гиперболы (е1). В результате численного интегрирования все парабо лы трансформировались в эллипсы с эксцентриситетом очень близким к 1. Аналогично, из 172 гипербол преобразованы в эллипсы 117 или 68% от полного их числа.

Для построения кривой 1/a мы использовали более обширный материал. На рис. представлено распределение по 1/a 473 первоначальных орбит на интервале 0.00081/a+0.00009 (a.e.)-1. Максимум распределения действительно находится на ин тервале 01/a0.00005 (a.e.)-1, но его величина существенно уменьшилась. Здесь нахо дится 91 комета или только 19% от всего статистического материала. Среднее значение 1/a для 91 орбиты равно0.000029 (а.е.)-1, что соответствует большой полуоси a =65300 а.е. А это значит, что следуя Оорту, гипотетическое кометное облако надо по местить ближе к Солнцу. Таким образом, гипотеза кометного облака радикально зависит от статистического материала, на базе которого она построена.

Рис.1. Распределение кометных орбит по величине обратной большой полуоси.

Наблюдаемое распределение ППК по 1/a объяснятся в рамках теории захвата ко мет. В работах В.В. Радзиевского, В.П. Томанова (1977 а, 1977 б) показано, что гравита ционный захват Юпитером межзвездных комет, прибывающих в Солнечную систему из апекса Солнца, возможен при условии, что скорость комет в бесконечности V 10 км/с, а их эксцентриситет е лишь незначительно превышает 1. На выходе из сферы действия планеты образуются эллиптические орбиты с эксцентриситетом, близким к 1. Таким об разом, эксцентриситеты теоретических орбит должны группироваться к 1 и иметь резкий обрыв функции распределения по е при е1. Именно таков характер распределения по эксцентриситетам имеют реальные ППК – рис. 2.

Очень высокий максимум (N=400) находится в интервале 0.999 e1.000. Очевидно, что орбиты с е1 имеют малые значения обратной большой полуоси 1/a = (1-е)/q0. Тако ва, на наш взгляд, возможная причина образования высокого максимума на кривой 1/a.

При компьютерном моделировании захвата межзвездных ко мет в работе В.П. Томанова, В.В. Кузьмина, А.Г. Аксеновского (1994) получено хорошее согласие каталожных дан ных с теоретическими значениями е, 1/a.

Рис.2. Распределение кометных орбит по величине обратной большой полуоси.

В соответствии с идеологией гипотезы Оорта, кометные афелии должны преиму щественно располагаться в кометном облаке. Следовательно, необходимо рассмотреть распределение афелийных расстояний кометных орбит Q. Всего эллиптических орбит N=623. Минимальное афелийное расстояние Q=143 а.е. имеет комета C/1998 K5. 488 ко мет имеют афелийные расстояния Q 20000а.е., их распределение по Q дано на рис. 3.

В интервале 143 а.е.Q1000 а.е. находится N=122 афелия, здесь объемная плотность афелиев составляет =2.9·10-8 (а.е.)-3 - табл. 3. В интервале 1000 а.е. – 5000 а.е. плотность уменьшается почти на два порядка. На интервале 10000 а.е. Q 20000 а.е. содержится N=56 афелиев, =1.9·10-12 (а.е.)-3. Итак, система кометных афелиев начинается с гелио центрических расстояний Q=143 а.е. Максимум кометных афелиев находится на рас стояниях Q=150-200 а.е. Далее объемная плотность афелиев падает по экспоненте, на расстояниях Q 20000а.е. плотность 0. Напомним, согласно гипотезе Оорта, наи высшая концентрация кометных афелиев прогнозируется в гипотетическом кометном облаке, расположенном на гелиоцентрических расстояниях от 100000 а.е. до 150000 а.е.

Реальная кометная система расположена гораздо ближе к Солнцу – рис. 3. Лишь только 27 комет (табл. 3) могли иметь афелийные расстояния Q100000 а.е.

Для косвенного подтверждения существования облака Оорт разделил кометы по величине 1/а на «новые» и «старые». Однако, согласно Кресаку Л. (1975), это деление не подтверждается физическими исследованиями: и те и другие показывают огромное разнообразие в строении ядер, химизме, хвостах и т.д. Сравнение спектров «молодых» и «старых» комет произведено Оортом для 11 комет и поэтому не представляется убеди тельным. В работе А.С. Гулиева и А.С. Дадашова (1985) показано, что среднее значение абсолютной звздной величины H 10 «новых» практически равно H 10 для «старых» ко мет. Сделан вывод о необоснованности дифференциации комет на новые и старые. Во многих работах рассматривается эволюция облака Оорта и, как правило, делается вывод о полном или частичном разрушении облака за космогонически короткое время.

Рис.3. Распределение кометных орбит по величине афелийного расстояния.

С.К. Всехcвятский (1954, 1969) отметил произвольность и искусственность функции распределения скоростей комет в облаке, показал, что звездные возмущения должны приводить к появлению в значительном количестве гиперболических гиперболических скоростей у комет, направляющихся к Солнцу. Отсутствие таковых ставит под сомнение либо роль звздных возмущений, либо факт существования кометного облака. С.К. Все хсвятский пришл к выводу, что кометы облака должны быть выброшены в межзвзд ное пространство. Результаты С.К. Всехсвятского подтвердил Вейсман (1980).

В.М. Чепурова и С.Л.Шершкина (1989) исследовали влияние на облако Оорта га лактического гравитационного поля, а также близких прохождений звезды или облака молекулярного водорода и показали, что внешняя часть облака должна покинуть Сол нечную систему. Сделан вывод о том, что облако не может являться долговременным источником долгопериодических комет в Солнечной системе. О.А. Мазеева (2004) пока зала, что наиболее многочисленный приток в планетную область и выброс за пределы облака Оорта происходит, если Солнечная система проходит через гигантское молеку лярное облако, состоящее из нескольких массивных конденсаций.

Из расчтов по численному моделированию Бейли (1986) получил, что большинство ко мет облака будет выброшено из Солнечной системы, а выживет только меньшинство.

В.А. Антонов и З.П. Тодрия (1987) оценили влияние иррегулярных сил Галактики на движение долгопериодических комет: кумулятивный эффект возмущает орбиты комет гораздо сильнее, чем одиночные звзды и межзвздные облака.

Таблица 3. Объемная плотность афелиев орбит ППК (a.e.)- Q a.e. N 2.9·10- 143-1000 4.2·10- 1000-5000 2.5·10- 5000-10000 1.9·10- 10000-20000 2.6·10- 20000-100000 7.8·10- 100000-200000 200000 Исследовав разрушение облака кумулятивным эффектом (Бейли, 1986) и прилив ными силами со стороны молекулярных облаков (Ван дер Берг, 1982), авторы делают однозначный вывод: кометного облака в настоящее время нет. Феллгетт (1977) в письме в редакцию выражает резкий протест против использования термина «облако Оорта», так как его существование не доказано.

Хиллс (1981) полагает, что кометы сформировались во внешних частях коллапси рующего протосолнца, которое имело радиус менее, чем 5·103 а.е. На этой основе возни кает гипотеза об ещ одном кометном облаке, расположенном около внутреннего края облака Оорта. Этот кометный рой стали именовать облаком Хиллса. По мнению Хиллса, общее число комет, которое вошло в Солнечную систему из этого облака на порядок больше, чем число комет, которое пришло из облака Оорта.

Видоизменнный вариант гипотезы о реликтовом происхождении комет предло жен в публикациях: Ф.А. Цицин, В.М. Чепурова, А.С. Расторгуев (1984);

В.М. Чепурова, А.С. Расторгуев, Ф.А. Цицин (1985);

Ф.А. Цицин, А.С. Расторгуев, В.М. Чепурова (1985);

Ф.А. Цицин (1993, 1999, 2000). Суммируя основные результаты данных публика ций, можно видеть, что они сводятся к декларированию следующих постулатов: 1. Ко меты суть реликтовые пылевые сгустки – планетезимали. 2. Планетезимали сохранились до настоящей эпохи в поясах между планетами - гигантами и за Нептуном. 3. Около ор бит планет-гигантов существуют «пустые» туннели – тороидальные области с радиусом около 1 а.е., в которых планетезимали отсутствуют. 4. Межпланетные пояса – источники современных короткопериодических комет. 5. Занептунный пояс – источник долгопе риодических комет. 6. Планеты-гиганты выбросили планетезимали «в Галактику». 7.

Почти параболические кометы – планетезимали, возвратившиеся из Галактики в зону планет-гигантов.

Основополагающий постулат о тождественности планетезималей и кометных ядер, по нашему мнению, является ошибочным. Произведена молчаливая подмена понятий – без физико-химического обоснования планетезималь названа расплывчатым термином «кометное тело». Не обсуждается сложная астрофизическая проблема коагуляции ледя ного кометного ядра. Авторы гипотезы должны были бы ответить на вопрос: как из пы левого сгустка сделать ледяное кометное ядро.

Для статистической проверки модернизированной гипотезы о реликтовом проис хождении комет используем 947 комет из каталога Марсдена и Вильямса (2003), в том числе: а) короткопериодические кометы (КПК, период Р200 лет, N=193);

б) долгопе риодические кометы (ДПК, P200, эксцентриситет e1, большая полуось a0, N=226);

г) гиперболические кометы (ГК, e1, a0, N=151).

Предположив о наличии реликтовых планетезималей в межпланетных поясах в со временную эпоху, авторы гипотезы постулируют, что КПК вышли на наблюдаемые ор биты из этих поясов в результате взаимных столкновений. Но столкновительный меха низм в данном случае вряд ли будет работать. Поскольку в протопланетном диске уста навливаются почти круговые движения, то столкновения маловероятны. Взаимный энергетический обмен догоняющих тел будет незначительным. Гипотеза выброса КПК из межпланетных поясов может быть подвергнута эмпирической проверке. Если допус тить, что КПК вышли на наблюдаемые орбиты из межпланетных поясов, то узлы, как точки пересечения кометных орбит с плоскостью эклиптики, должны быть сосредоточе ны именно в этих поясах. Число N всех типов кометных орбит (КПК, ДПК, ПК, ГК), пе ресекающих пояса и туннели на гелиоцентрических расстояниях 4 а. е. R 50 а. е.

представлено в табл. 4. Здесь же дана плотность N / ( R2 R12 ) узлов в соответст вующих зонах на эклиптике. Как видно из таблицы, плотность всех типов орбит воз растает от периферии к центру. Узлы КПК в поясе Койпера и в туннеле Нептуна отсут ствуют. Через пояс Уран-Нептун проходили всего две кометы. Одинаковое число КПК (N=16) проходило через пояс Юпитер-Сатурн и туннель Сатурна. «Пустой» туннель Юпитера плотно заполнен кометными ядрами - здесь пролегают пути 119 комет или 62% от общего числа КПК, =1.89 (а.е.)-2. Итак, гипотеза о пустых туннелях и скоплениях КТ между планетами-гигантами не подтверждается наблюдаемым реальным распределени ем орбит КПК.

В системе КПК существует четыре кометы с обратным движением 38P/1867 B (Р=33 года, i=162), C/1827 M1 (P=57 лет, i=136), 1P/-239 K1 (P=76 лет, i=162), 109P/ 68 Q1 (Р=120 лет, i=114). Объяснить обратное движение данных комет как результат взаимных столкновений планетезималей в межпланетном поясе вряд ли возможно, по скольку постулируется, что все объекты пояса двигаются только в прямом направлении.

Таблица 4. Узлы кометных орбит в зонах планет-гигантов КПК ДПК ПК ГК R, Зона на эк а.е. N N N N липтике (а.е.)-2 (а.е.)-2 (а.е.)- - (а.е.) Туннель 4-6 119 1.89 42 0.67 27 0.43 28 0. Юпитера Пояс Юпи- 6-8 16 0.18 21 0.24 15 0.17 16 0. тер-Сатурн Туннель 8-11 16 0.09 19 0.11 19 0.11 12 0. Сатурна Пояс Са- 11-18 10 0.016 23 0.036 28 0.044 18 0. турн-Уран Туннель 18-20 0 0 5 0.021 8 0.034 1 0. Урана Пояс Уран- 20-29 2 0.001 9 0.006 18 0.013 15 0. Нептун Туннель 29-31 0 0 0 0 5 0.013 1 0. Нептуна Пояс Кой- 31-50 0 0 10 0.002 11 0002 9 0. пера Местом «рождения» ДПК, по Ф.А.Цицину (1999), является пояс Койпера: «Именно он может быть источником (путем столкновений кометных тел) долгопериодических комет». Аргументации в пользу данного предположения не приводится. Не сделана оценка вероятности столкновений, не анализируется механика и энергетика столкнове ний, нет сравнения с наблюдениями. Если кометные ядра вытолкнуты из пояса Койпера, то узлы кометных орбит должны находиться в этой же зоне. Однако занептунный пояс пересекают только 10 ДПК (табл.5) или 4% от всего комплекса ДПК (N=226). Среди де сятка комет есть три кометы с обратным движением - С/1873Q1, i=96°.0;

C/1887B2, i=104°.3;

C/1987U3, i=97°.1. Невозможно за счет столкновений в протопланетном диске перебросить его фрагменты на орбиты указанных комет. Напомним, что в протопланет ном диске планетезимали должны двигаться по круговым орбитам прямым движением.

Орбиты трех названных комет почти перпендикулярны эклиптике (96i104).

Предложить какие-то доказательства происхождения ДПК в поясе Койпера, види мо, не возможно. И тогда выдвигается версия, что якобы уже существует «собственная гипотеза Радзиевского о происхождении долгопериодических комет именно там, где по том обнаружили пояс Уиппла-Койпера» - Ф.А. Цицин (1999). На самом деле, В.В. Радзи евский (1987) создал гипотезу о происхождении комет путем извержения ледяной коры гипотетическими планетами, движущимися около галактической плоскости на гелио центрических расстояниях 150-160 а.е. Таким образом, гипотеза В.В. Радзиевского ника кого отношения к поясу Койпера не имеет.

Гипотеза выброса планетезималей из Солнечной системы в изложении Ф.А. Цици на, А.С. Расторгуева и В.М. Чепуровой (1985) выглядит следующим образом: «По дан ным планетной космогонии в ходе эволюции протопланетного облака образуется диск планетезималей, в горячей внутренней зоне - астероидного, в холодной внешней - ко метного состава и размеров. Как полагают, позже не вошедшие в состав планет комет ные тела (КТ) планетными возмущениями были выброшены из Солнечной системы». В космогонический сценарий включен акт массированного выброса планетезималей за пределы Солнечной системы или, по терминологии авторов, «в Галактику». В акт накач ки КТ «в Галактику» включены и другие звезды. Ф.А. Цицин, В.М. Чепурова, А.С. Рас торгуев (1984) предполагают, что «должно существовать «общегалактическое кометное облако», сформировавшееся в результате выброса КТ из Солнечной и из других звезд ных систем». Предполагается огромная объемная плотность КТ в облаке. Ф.А. Цицин (2000) уточняет, что Галактика «нечто вроде густого «кометного киселя», в который из редка вкраплены звезды». Итак, нам предлагается «новый взгляд» на Галактику как на «кометный кисель».

Выброс планетезималей гравитационными возмущениями планет-гигантов мог происходить только в направлении вращения облака. Оорт полагает, что кометы уходят от Солнца на расстояние не далее, чем 100-150 тысяч а.е., где тормозятся звездными возмущениями, и здесь же формируется кометное облако. По Ф.А. Цицину (1999), коме ты преодолевают гравитационный звездный барьер за облаком Оорта, далее пересекают поверхность Хилла (поверхность отражения) и, наконец, уходят до расстояний 20-30 пк.


Исследование вопроса о возможных движениях комет на больших гелиоцентрических расстояниях дано в работе Г.А. Чеботарева (1964). В рамках ограниченной задачи трех тел (Солнце - ядро Галактики - комета) показано, что область реальных движений коме ты ограничена поверхностью нулевой относительной скорости (поверхность Хилла). Ра диус сферы Хилла составляет 230000 а.е. для гелиоцентрического движения комет с прямым движением и 100000 а.е. для случая обратного движения. Итак, строгие расчеты свидетельствуют о несостоятельности гипотезы выброса комет «в Галактику».

Вопрос о происхождении почти параболических комет (ППК) решен также весьма просто: ППК - это планетезимали, выброшенные из зоны планет-гигантов «в Галактику»

и вернувшиеся опять в эту же зону. Кометные тела, согласно Ф.А. Цицину (1999), воз вращаются «в область выброса в зоне планет-гигантов и еще ближе к Солнцу. Это и есть апериодические кометы». Действительно, в отсутствие возмущений, комета при каждом обращении должна проходить через место своего рождения. Однако, как видно из табл.

4, зону Юпитера (4 а.е.R 6 а.е.) пересекали лишь 27 ПК или 7% от всех почти парабо лических комет.

В анализируемой космогонической модели предполагается из выбрасываемых в Галактику реликтовых планетезималей получить реальные почти параболические коме ты. Но для этого планетезимали необходимо сначала затормозить, а затем возвратить во внутреннюю область Солнечной системы. С этой целью вводится экзотическая гипотеза торможения комет с помощью гуковских сил. Конкретный реальный носитель гуковской силы не указан, лишь обозначен мифическим термином «гуковское тело». Торможение якобы осуществляет гипотетическое поле: «Поле Гука отражает объект к источнику» Ф.А. Цицин (1999). Подчеркнем, что до сих пор в небесной механике успешно обходи лись без введения в соответствующие дифференциальные уравнения какого-либо допол нительного члена, учитывающего гуковскую силу.

Если считать почти параболическими кометы, вернувшиеся из-за пределов Сол нечной системы, то в комплексе ППК должны присутствовать и межзвездные кометы.

Процитируем Ф.А. Цицина (1999): «Почему мы не видим «чужие» (с эксцентриситетом е1) кометы?...количество «чужих» кометных тел может быть много больше, чем сво их. Почему мы не видим их? Ответ прост... чужие почти не испытывают гравитационной фокусировки к Солнцу. Свои же в полной мере подвержены ей.»

Фактически имеет место ситуация с точностью «до наоборот». Гравитационной фокусировке подвержены лишь объекты, движущиеся по гиперболам (е1). Напомним, что гравитационная фокусировка есть свойство гравитирующего объекта отклонять про ходящий мимо него поток частиц или излучения и фокусировать его вдоль антиапекси ального луча. Бессмысленно говорить о гравитационной фокусировке применительно к эллиптическим орбитам. «Свои» кометы двигаются по эллиптическим орбитам. Грави тационная фокусировка могла бы направить межзвездную комету в зону видимости. Тем не менее, за всю историю астрономических наблюдений не обнаружено ни одной меж звездной кометы.

Резюмируя выше изложенное, можно констатировать, что ни один факт не под тверждает модернизированную гипотезу о реликтовом происхождении комет. Основные постулаты гипотезы сформулированы ad hoc. При построении гипотезы авторы игнори руют принципы теории познания - от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике. Авторы не опираются на наблюдения - не используют данные кометных каталогов, не пытаются объяснить известные закономерности в кометной системе.

Подводя итоги вышеизложенному, отметим основные аргументы, показывающие несостоятельность гипотезы о реликтовом происхождении комет: 1. Постулат о тожде ственности реликтовых планетезималей и современных кометных ядер за более чем по лувековую историю реликтовой гипотезы не получил астрофизического обоснования. 2.

Неправдоподобность версии о кометном «облаке» на далкой периферии Солнечной системы. Доказательств существования этого облака не имеется. Кривая распределения комет по значениям 1/a получена не корректно. Идея «облака» возникла в результате безальтернативной интерпретации кривой 1/a. 3. Параметры гипотетической кометной системы не согласуются с наблюдениями. На основании постулата о выбросе реликто вых планетезималей планетами-гигантами, гипотетическая кометная система должна концентрироваться к плоскости эклиптики, а кометы должны иметь только прямые дви жения. Но орбиты реальных почти параболических комет имеют изотропное простран ственное распределение, в распределении по наклонам преобладают кометы с обратным движением. В распределении комет по величине объмной плотности афелиев имеется максимум на гелиоцентрическом расстоянии 150-200 а.е. С увеличением расстояния в направлении «облака» плотность афелиев резко падает. 4. Безосновательна версия о ре ликтовых межпланетных резервуарах кометных ядер, как источника короткопериодиче ских комет. 5. Выброс реликтовых кометных тел из зоны планет-гигантов за пределы сферы Хилла, «в Галактику» и последующее их возвращение в Солнечную систему в ви де почти параболических комет – явление из разряда абсолютно невероятных.

Феллгетт (1977) указал, что концепция кометного облака основана на рассужде ниях, нарушающих требования научной методологии – требовании минимальности спе циальных гипотез.

Подводя итоги выше изложенному, отметим следующее. От самых истоков ко метной космогонии ведт начало проблема короткопериодических комет (КПК). Лаплас и его последователи Тиссеран, Каландро, Г. Ньютон, Шульгоф заложили основы теории захвата долгопериодических комет на короткопериодические орбиты в результате тес ных сближений комет с Юпитером. За 200 лет научной кометной космогонии опублико ваны сотни работ по проблеме захвата КПК. В настоящее время, видимо, общепризнано, что КПК – продукт гравитационного захвата планетами-гигантами из поля долгоперио дических комет.

Глобальной проблемой современной кометной космогонии является вопрос о происхождении долгопериодических и почти параболических комет (ППК). Теоретиче ски сложность проблемы происхождения ППК усугубляется тем обстоятельством, что в последние годы комплекс ППК фактически удвоился за счт открытия короткопериге лийных комет (q0.01 a.e.). «Царапающие» Солнце кометы приходят к Солнцу из общего радианта по ветви параболы, практически вырожденной в прямую. Эта особая фракция ППК нуждается в дополнительном космогоническом осмыслении.

При решении сложных космогонических проблем принципиальное значение име ет выбор необходимого метода исследования, согласно В.Г. Фесенкову (1949): «Матема тический анализ имеет в космогонии по необходимости второстепенное значение и мо жет применяться лишь частично. Метод космогониста есть метод следопыта, который на основании отдельных, иногда едва уловимых признаков пытается создать картину собы тий, имевших место в прошлом. Таким образом, всякая космогоническая теория всегда является неполной, возможно даже внутренне противоречивой. Дальнейшая работа должна постепенно выяснить и устранить е недостатки. Наиболее важное значение в космогонии имеет не выработка частностей, но правильный выбор направления иссле дований».

§ 2. Динамическая связь комет с Юпитером Во второй половине XVIII века впервые были открыты пять короткопериодических комет: D/1766 G1 Хельфенцридер (период P = 4.35 г., афелийное расстояние Q = 4. а.е.), D/1770 L1 Лексель (P = 5.60 г., Q = 5.63 а.е.), 3 D/1772 Е1 Биела (P = 6.62 г., Q = 6.19 а.е.), D/1783 W1 Пиготт (P = 5.89 г., Q = 5.06 а.е.), 2P/1786 В1 Энке (P = 3. г., Q = 4.10 а.е.). В XIX веке было открыто более двух десятков короткопериодических комет, афелии которых располагаются около орбиты Юпитера. Всю эту группу комет стали называть семейством Юпитера. В то же время открывались кометы, афелии орбит которых концентрируются к орбитам Сатурна, Урана, Нептуна. Эти группы комет так же именовали по имени соответствующей планеты. С.К. Всехсвятский (1967) приводит спи ски кометных семейств. Семейство Юпитера составляли 71 комета, семейство Сатурна 9, семейство Урана 3, семейство Нептуна – 11 комет.

В последние годы короткопериодические кометы (КПК, P 200 лет) по предложе нию Кресака (1994) делят на две группы: кометы семейства Юпитера (КСЮ, P 20 лет) и кометы Галлеевского типа (КГТ, 20 P 200 лет). Левисон, Дункан (1997) считают, что к семейству Юпитера следует отнести кометы с постоянной Тиссерана 2 C 3, где C A / a 2 [(1 e 2 ) a / A]0.5 cos i, A – большая полуось орбиты Юпитера;

a, i – большая полуось и наклон кометной орбиты.

Факт существования кометного семейства Юпитера отражает генетическую связь короткопериодических комет с Юпитером. В настоящее время общепризнано, что коме ты семейства Юпитера есть продукт захвата из числа долгопериодических комет. Как известно, захват осуществляется в результате пертурбационного маневра кометы в сфере действия Юпитера. Минимальное расстояние rmin кометы от планеты в эпоху сближения должно быть меньше радиуса сферы действия Юпитера A(m ю / m)0.4 = 0.322 а.е., где A – большая полуось орбиты Юпитера, mю и m - масса Юпитера и масса Солнца.

Сближение кометы с планетой называется тесным, если rmin.

В результате трансформации кометной орбиты в сфере действия планеты энергия кометы может как увеличиваться, так и уменьшаться за счет изменения энергии «роди тельской» планеты. В первом случае комета выбрасывается на периферию Солнечной системы, во втором случае комета перебрасывается на орбиту с меньшим периодом об ращения и с афелием около орбиты Юпитера. Таким образом, по положению афелия ко меты «запоминают» свою «родительскую» планету. Итак, наличие тесного сближения кометы с планетой может рассматриваться как некий космогонический критерий, опре деляющий принадлежность кометы к семейству данной планеты. Проблема происхож дения комет была поставлена Лапласом еще 200 лет тому назад, но до сих пор не полу чила окончательного решения. В кометной космогонии одним из основных методов ис следования является изучение эволюции кометных орбит. Исследования по проблеме эволюции комет могут указать направление на место «рождения комет».


Многие авторы изучали эволюцию кометных орбит, используя метод численного интегрирования уравнений движения малого тела. В 60-х годах прошлого столетия впер вые проводились расчеты орбитальной эволюции индивидуальных комет в Институте теоретической астрономии АН СССР на ЭВМ БЭСМ-6 Е.И. Казимирчак-Полонской (1967) и Н.А. Беляевым (1966). Интегрирование выполнено для 5 комет на интервале лет: от 1660 г. до 2060 г. В кометном каталоге Н.А. Беляева и др. (1986), интегрирование выполнено на интервале от 1800 г. до 2000 г. для 81 короткопериодической кометы, на блюдавшихся в двух и более появлениях. В каталоге Карузи и др. (1985) представлена информация об орбитальной эволюции 109 комет, наблюдавшихся более чем в одном появлении, на интервале с 1585 г. по 2406 г. Каталог А.Ф. Заусаева и А.А. Заусаева (2007) содержит сведения об изменении элементов орбит 190 короткопериодических комет на интервале времени с 1800 г. по 2204 г.

Во всех перечисленных каталогах изучалась эволюция индивидуальных комет. На стоящая статья посвящена исследованию статистических закономерностей эволюции комплекса короткопериодических комет семейства Юпитера (КСЮ). В настоящей статье семейство комет будем комплектовать по правилу: кометное семейство Юпитера (КСЮ) включает кометы, имевшие тесные сближения с «родительской» планетой. В качестве базы для комплектации семейства Юпитера используем кометный каталог Марсдена, Вильямса (2008), содержащий N = 414 короткопериодических комет (КПК, P 200 лет).

В монографии О.В. Калиничевой и В.П. Томанова (2010) приведены результаты числен ного интегрирования уравнений движения всех 414 КПК на интервале 5000 лет с 2000 г.

по -3000 г. При интегрировании использовался интегратор Эверхарта и планетная эфе мерида Стэндиша DE406 на 6000 лет. С шагом в два дня вычислены все элементы ко метных орбит и минимальное расстояние rmin от планет Солнечной системы. Элементы орбит приведены через каждую тысячу лет, начиная с -3000 г. Для каждой кометы даны графики изменения за 5000 лет афелийного расстояния Q, перигелийного расстояния q, наклона i, среднего суточного движения n. В разделе “Тесные сближения” приведена да та сближения и минимальное расстояние кометы от планеты в эпоху сближения. Полу чено, что тесные сближения с Юпитером имели 280 комет. Тесные сближения с Сатур ном отмечено у 25 комет. 109 КПК в течение последних 5000 лет тесных сближений с большими планетами не имели.

Итак, будем считать, что семейство Юпитера включает 280 комет. При исследова нии эволюции орбит КСЮ в качестве начальных условий будем использовать элементы орбит для -3000 г., обозначая их индексом «1», а на рисунках для их индексации исполь зуем черный цвет. Элементы конечной орбиты (2000 г.) будем снабжать индексом «2», а на соответствующих рисунках используем серый цвет.

Эволюция размеров и формы кометных орбит. Рассмотрим вначале эволюцию афелийного расстояния Q. На рис. 1 представлено распределение КСЮ по величине Q.

На кривой черного цвета дано распределение Q1 в -3000 г., на кривой серого цвета – рас пределение Q2 в 2000 г. Из рис.1 видно: 1. Афелии КСЮ резко концентрируются к орби те Юпитера. 2. Численность КСЮ за 5000 лет возросла более чем в 2 раза.

Рис.1.Распределение КСЮ по величине афелийного расстояния Q.

Эволюцию афелийного расстояния можно характеризовать величиной Q Q2 Q1. У 83 комет наблюдалось увеличение афелийного расстояния: Q 0. Для этих комет на рис. 2а дана диаграмма «Афелийное расстояние Q – изменение афелийно го расстояния Q ». На диаграмме положение афелия в -3000 г. обозначено треугольни ком черного цвета. Ромбиком серого цвета обозначено положение афелия в 2000 г. В ин тервале афелийных расстояний от 4.5 а.е. до 6.0 а.е. в -3000 г. находилось 52 кометы, в 2000 г. в этом интервале осталось 39 комет.

На рис. 2 показано только начальное и конечное положение афелиев. В монографии О.В. Калиничевой и В.П. Томанова (2010) для каждой кометы приводится изменение афелийного расстояния на интервале 5000 лет. На рис. 3а, заимствованном из этой кни ги, представлена эволюция Q кометы C/2006 U7 Gibbs. В -324 году эта эта комета имела тесное сближение с Юпитером, в результате чего афелийное расстояние увеличилось Q 14.5 а.е.

На рис. 2 б дана диаграмма «Афелийное расстояние Q – изменение афелийного расстояния Q» для комет с Q0. Всего таких комет 197. В интервале 4.5Q 6 а.е. в 3000 г. находилось 27 афелиев, а в 2000 г. здесь уже наблюдалось 133 афелия. На рис. 3б представлена эволюция афелийного расстояния кометы 83D Russell. В -1815 году про изошло тесное сближение этой кометы с Юпитером, в результате чего афелийное рас стояние уменьшилось Q = 13 а.е. Перед тесным сближением перигелийное расстояние составляло q = 5 а.е.. После захвата афелийное расстояние принимает значение Q 5 а.е.

Таким образом, в результате тесного сближения произошла удивительная метаморфоза:

перигелий как бы трансформируется в афелий.

а) б) Рис.2. Диаграмма «Афелийное расстояние Q – изменение афелийного расстояния Q »:

Q 0, б) для комет с Q 0. Положение афелия в - 3000 г.

а) для комет с обозначено треугольником черного цвета, в 2000 г. – ромбиком серого цвета.

годы а) годы б) Рис.3. Изменение афелийного расстояния: а) кометы C/2006 U7 Gibbs;

б) кометы 83D Russell.

На рис. 4а дано распределение КСЮ по величине перигелийного расстояния q. На основании этого рисунка можно сделать следующие выводы:

1. Наблюдается тенденция к перемещению перигелиев в направлении к Солнцу.

2. В прошлом перигелии многих комет находились около орбиты Юпитера.

На рис. 4б дана диаграмма «Перигелийное расстояние q – изменение перигелийно го расстояния q», из которой видна динамика миграции перигелиев. В 2000 г. периге лии (серые ромбики) располагаются в близкой около солнечной зоне с модой около 1, а.е. В -3000 г. перигелии (черные треугольники) находились на более далеких гелиоцен трических расстояниях, преимущественно в районе орбиты Юпитера.

Последнее обстоятельство подтверждает космогонические заключения Эверхарта (1972). Исследуя методом Монте-Карло миллионы фиктивных комет, Эверхарт полу чил, что Юпитер захватывает кометы, у которых наклон и перигелийное расстояние удовлетворяет условию i8, 4 а.е. q 6 а.е. (1.3) а) б) Рис.4. Распределение КСЮ по величине перигелийного расстояния q.

На рис. 5 для каждой кометы приводится величина изменения афелийного Q и перигелийного расстояния q. Распределение величин Q и q по квадрантам сле дующее: Первый квадрант Q 0, q 0, N 24.

Второй квадрант Q 0, q 0, N 18.

Третий квадрант Q 0, q 0, N 179.

Четвертый квадрант Q 0, q 0, N 59.

В третьем квадранте расположено 179 комет, что составляет 64% от всего комплек са КСЮ. Таким образом, основным направлением эволюции кометных орбит является Рис.5. Диаграмма «Изменение афелийного расстояния афелийного расстояния Q изменение перигелийного расстояния q ».

одновременное уменьшение и афелийного, и перигелийного расстояний. Такой эффект, уменьшение размеров орбиты, осуществляется в процессе захвата долгопериодических комет в семейство Юпитера.

Изменение формы орбиты характеризуется изменением эксцентриситета e. В табл.

1 дано распределение кометных орбит по эксцентриситету в -3000 г. и в 2000 г. В - г. максимум в распределении e имел место на интервал 0.2 e 0.5. К 2000 г. максимум сдвинулся на интервал 0.4 e 0.6. Однако процесс изменения эксцентриситета у раз ных комет идет как в сторону уменьшения, так и в направлении увеличения e. 176 комет имеют e 0, а у 104 комет e 0.

Эволюция наклона кометных орбит. Пространственную ориентацию плоскостей кометных орбит определяют два угла: наклон к эклиптике i и долгота восходяще го узла. В литературе традиционно распределение орбит по наклона приводят в виде гистограмм с постоянным шагом по i. При такой методике создается иллюзия дефицита орбит с малыми и большими наклонами. Использовать постоянный шаг неправомерно, поскольку распределение наклонов пропорционально cos i. На рис. 6 а дана зависи мость числа комет N от наклона i.

Объективное пространственное распределение кометных плоскостей можно полу чить, используя плотность полюсов кометных орбит на шаровых слоях небесной сфе ры, соответствующих данному интервалу i наклона:

N. (1.4) 2R (cosi1 cos i2 ) Таблица 1. Распределение кометных орбит по величине эксцентриситета e -3000 0.0-0.1 6 0.1-0.2 27 0.2-0.3 50 0.3-0.4 48 0.4-0.5 49 0.5-0.6 40 0.6-0.7 21 0.7-0.8 17 0.8-0.9 17 0.9-1.0 5 Принимая R = 1, размерность будет составлять: [число полюсов/единичная пло щадка]. Результаты подсчетов по формуле (2) приведены в табл. 2 как для -3000 г., так и для 2000 г. На рис. 6 б кривые дают зависимость плотности полюсов от наклона.

Как видно из табл. 2 и рис. 6 б, наклон орбит с прямыми движениями (i 50) в целом уменьшается. Это означает, что плоскости орбит приближаются к эклиптике. Наклон пя ти орбит с обратными движениями (i 110) увеличивается. Это означает, что плоскости орбит и этих комет приближаются к эклиптике.

Аккумуляция перигелиев в узлах. Ориентация орбиты в плоскости движения коме ты определяется величиной угла от восходящего узла до перигелия. Другими словами, угол есть угол между линией узлов и линией апсид. Угол часто называют аргумен том перигелия. Изменение аргумента перигелия за 5000 лет 2 1, характеризует скорость вращения кометной орбиты. Знак указывает направление вращения. Если 0, то вращение направлено против часовой стрелки, перигелий удаляется от восхо дящего узла. Если 0, то орбита поворачивается по часовой стрелке, перигелий при ближается к восходящему узлу.

Распределение комет по аргументу перигелия, а так же величина и направление ми грации перигелия по отношению к узлу представлено для каждой кометы на рис.7а в 3000 г., на рис.7б – в 2000 г. Тренд распределения показывает, что изменение аргумента перигелия имеет линейную зависимость от величины.

а) б) Рис.6. Зависимость от наклона i: а) числа N комет;

б) плотности полюсов кометных орбит.

Как видно из рис.7а,б максимальное значение имеет место при 0.

Минимальное значение имеет место при 180. Это означает, что изменение скорости вращения орбиты минимально, когда перигелий находится около узла ( 180). Таким образом, перигелии длительное время пребывают около эклиптики вблизи узлов. Следовательно, создается важный в космогоническом аспекте эффект: в ходе эволюции перигелии кометных орбит концентрируются к эклиптике. Из табл. и, следовательно, видно, что 119 орбит имеют положительное значение поворачиваются против часовой стрелки. В -3000 г. повышенная концентрация перигелиев этих комет ( N 35 ) наблюдалась около восходящего узла ( = 0 – 45), а около нисходящего узла ( = 315 – 360) наблюдался их дефицит – ( N 5 ).

В 2000 г. повышенная концентрация перигелиев ( N 38 ) имела место около нис ходящего узла ( = 315 360), а их дефицит (N = 4) – около восходящего узла ( 45).

161 орбита поворачивается по часовой стрелке ( 0 ). В -3000 г. повышенная концентрация перигелиев этих орбит (N = 36, = 315 – 360) имела место около нисходящего узла. В 2000 г. высокая концентрация перигелиев (N = 52, 45) наблюдалась около восходящего узла. Итак, кометные орбиты вращаются: 161 комета имеет 0, у 119 орбит 0.

Таблица 2. Распределение кометных орбит по наклону.

I -3000 -3000 2000 0-10 97 1016.178 130 1361. 10-20 98 345.720 103 363. 20-30 61 131.788 30 64. 30-40 14 22.286 9 14. 40-50 5 6.456 3 3. 50-60 0 0.000 0 0. 60-70 0 0.000 0 0. 70-80 0 0.000 0 0. 80-90 0 0.000 0 0. 90-100 0 0.000 0 0. 100-110 0 0.000 0 0. 110-120 1 1.007 0 0. 120-130 0 0.000 0 0. 130-140 0 0.000 0 0. 140-150 2 3.184 1 1. 150-160 1 2.160 0 0. 160-170 1 3.528 3 10. 170-180 0 0.000 1 10. При этом кометные перигелии скапливаются около обоих узлов. Распределение пе ригелиев в зависимости от аргумента перигелия представлено в табл.4. Здесь кометы разделены по величине аргумента перигелия на четыре группы:

1) = 0 45, 2) = 90 45, 3) = 180 45, 4) = 270 45.

На рис.8 представлено распределение орбит по широте перигелия : кривая черного цвета – в -3000 г., кривая серого цвета – в 2000 г. Легко видеть, что за 5000 лет произошло резкое увеличение числа перигелиев вблизи эклиптики.

Количественная оценка миграции перигелиев представлена в табл.3. Прокомменти руем первую строчку таблицы. В -3000 году 35 перигелиев с 45 удалялись от восхо дящего узла. Среднее значение изменения величины их аргумента перигелия составило ср. 176.8. 3 перигелия приближались к восходящему узлу, среднее изменение вели чины аргумента перигелия составляло ср = -19.1. В 2000 году 4 перигелия удалялись от восходящего узла, ср = 8.4. 52 перигелия приближались к восходящему узлу, ср = -159.7.

а) б) б) Рис.7. Диаграмма «Аргумент перигелия - изменение аргумента перигелия ».

а) на -3000 год;

б) на 2000 год.

Ближе всего к узлам расположены перигелии комет первой и третьей групп. За 5000 лет число перигелиев в первой группе увеличилось с N1 = 79 до N2 = 95 в 1,2 раза. В третьей группе увеличение перигелиев составило N2 / N1 = 1,5. Во второй группе число перигелиев практически не изменилось. Более чем в два раза уменьшилось число пери гелиев в четвертой группе. Таким образом, перигелии скапливаются около узлов.

Рис.8. Распределение КСЮ по величине широты перигелия. Кривая черного цвета – распределение в -3000 г., кривая серого цвета – распределение в 2000 г.

Таблица 3. Эволюция аргумента перигелия -3000 г. 2000 г.

ср N N N N ср ср ср 0 0 0 0 45 35 176.8 3 -19.1 4 8.4 52 -159. 45 90 21 148.7 7 -39.2 7 19.9 22 -160. 90 135 16 114.9 14 -84.5 4 53.3 21 -139. 135 180 14 66.4 20 -102.8 20 80.5 29 -117. 180 225 10 91.7 17 -119.3 21 116.6 23 -84. 225 270 11 74.0 30 -113.7 11 112.3 8 -69. 270 315 7 38.5 34 -148.0 14 151.1 5 -31. 315 360 5 23.7 36 -188.9 38 168.5 1 -2. Всего: 119 91.8 161 -101.9 119 88.8 161 -95. Таблица 4. Корреляции с аргументом перигелия N1 N2 P1 P2 i1 i2 Q1 Q 79 95 40.0 12.8 17.4 16.0 3.3 2.1 15.0 7. 315-45 45-135 58 54 43.4 13.9 19.5 14.1 3.9 2.4 16.1 8. 135-225 180 61 93 30.9 9.6 17.0 13.0 3.7 2.2 12.5 6. 225-360 270 82 38 23.4 12.4 17.1 18.4 4.1 2.4 11.3 7. Среднее: 33.9 11.9 17.7 15.2 3.8 2. 3 13.6 7. В табл.4 представлено среднее значение периода P, наклона i, перигелийного рас стояния q и афелийного расстояния Q в -3000 г. и в 2000 г. Величины P, q, и Q в каждой из четырех групп комет уменьшаются, что свидетельствует о сокращении размеров ор бит. Для общих средних значений изменения этих параметров составляют P1 / P2 2,8, q1 / q 2 1,8, Q1 / Q2 1,8. При общем уменьшении наклона i в четвертой группе наклон несколько увеличился.

Определим эклиптические координаты L, B точки, к которой концентрируются пе ригелии, используя для этого метод Натансона, согласно которому перигелии рассмат риваются как материальные точки единичной массы, расположенные на сфере единич ного радиуса. Центр инерции этой системы есть точка (L, B), в направлении которой на блюдается концентрация перигелиев, а расстояние от центра сферы до данной точки оп ределяет степень концентрации. Координаты L и B определяются из уравнений:

N NR cos L cos B cos i cos i i N NR sin L cos B sin i cos i (1.5) i N NR sin B sin i, i где i, i - эклиптические координаты перигелиев кометных орбит, N – количество пе ригелиев, входящих в статистику, R – степень концентрации.

Результаты подсчетов по уравнениям (3) представлены в табл.5. За 5000 лет интег рированная широта перигелиев уменьшилась с 12.3 до 2.8. Таким образом, в целом пе ригелии приближаются к эклиптике.

Таблица 5. Точки концентрации перигелиев Эпоха L B R -3000 год 311.0 12.3 0. 2000 год 49.8 2.8 0. В -3000 г. перигелии на небесной сфере располагались почти равномерно, так как степень концентрации близка к нулю - R 0.052. К 2000 г. концентрация резко увели чилась: R 0.273. Наиболее высокая плотность афелиев к 2000 г. сформировалась около долготы L 229.8. Но, как известно, при захвате афелий кометной орбиты образуется около «родительской» планеты. Долгота 229.8 близка к долготе афелия орбиты Юпитера Lю 193. При движении Юпитера на афелийной части орбиты создаются наиболее бла гоприятные условия для захвата: здесь наибольший радиус сферы действия и минималь ная орбитальная скорость планеты.

Заключение. В настоящее время общепризнано, что короткопериодические кометы семейства Юпитера образовались в результате захвата. Механизм захвата достаточно хорошо изучен. Догоняющая Юпитер комета должна войти в сферу действия планеты.

Далее, в результате пертурбационного маневра в йовицентрическом движении комета теряет часть энергии, перебрасывается на новую орбиту с меньшим периодом, с прямым движением и с афелием около орбиты планеты.

О.В. Калиничева и В.П. Томанов (2010) нашли, что тесные сближения с Юпитером имели 280 комет. Получено, что на входе в сферу действия планеты начальные орбиты имели малые наклоны к эклиптике и перигелийное расстояние близкое к радиусу орбиты Юпитера. Для начальных орбит выполняется условие (1). Итак, тесные сближения реа лизуются в эпоху прохождения кометы через перигелий своей орбиты. Таким образом, для захвата необходимо, чтобы долгопериодическая комета вошла в сферу действия Юпитера, находясь около перигелия своей орбиты. Если в ходе эволюции будет достиг нуто условие (1), то долгопериодическая комета после захвата перейдет в разряд корот копериодических семейства Юпитера.

Чтобы обеспечить требуемые условия захвата, необходимо: а) аккумулировать ко метные перигелии около эклиптики;

б) переместить кометные перигелии к орбите Юпи тера. Выше показано, что эти условия реализуются в ходе эволюции кометных орбит:

1. Плоскости кометных орбит приближаются к эклиптике. Следовательно, умень шается наклон i и уменьшается широта перигелия B.

2. В результате вращения кометных орбит в своих плоскостях перигелии аккумули руются около узлов на плоскости эклиптики.

3. В ходе эволюции перигелийное расстояние q долгопериодических комет умень шается, приближаясь к орбите Юпитера q 5.2 а.е.

§ 3. Динамическая связь комет с Сатурном Сближения комет с большими планетами Солнечной системы оказывают сущест венное влияние на эволюцию кометных орбит. В частности, гравитационное влияние планет может вызвать трансформацию почти параболической орбиты в короткопериоди ческую. Наибольшее влияние на орбитальную эволюцию комет оказывает Юпитер (Ка рузи и др., 1985). Начала научной кометной космогонии были созданы на рубеже 18 и веков почти одновременно в двух направлениях. В 1795 г. Лаплас заложил основы тео рии захвата комет планетами. 200 лет назад Лагранж (1812 г.) предложил гипотезу о вы бросе комет с поверхности планет-гигантов. Оригинальные результаты в развитие гипо тезы Лагранжа изложены в монографии С.К. Всехсвятского (1967). По мнению Э.М.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.