Комета Шумейкерів — Леві 9 (D/1993 F2) — комета, що розпалася на частини в липні 1992 року та зіткнулася з Юпітером у липні 1994 року. Ця подія стала першим прямим спостереженням позаземного зіткнення об'єктів Сонячної системи[1]. Це було широко висвітлено в популярних ЗМІ, і комету спостерігали астрономи з усього світу. Зіткнення принесло нову інформацію про Юпітер і підкреслило його можливу роль у зменшенні кількості малих космічних тіл у внутрішній частині Сонячної системи.
 Комета Шумейкер-Леві 9, являла собою ланцюжок фрагментів | |
| Відкриття | |
|---|---|
| Першовідкривач: | Юджин та Керолін Шумейкери, Девід Леві |
| Дата відкриття: | 24 березня 1993 |
| Альтернативні позначення: | 1993e |
| Характеристики орбіти | |
| Епоха: | 2449480,5 (8 травня 1994) |
| Афелій: | 8,349026 а. о. |
| Перигелій: | 5,380 563 а. о. |
| Велика піввісь орбіти: | 6,864 795 а. о. |
| Ексцентриситет орбіти: | 0,216 209 |
| Період обертання: | 17,99 років |
| Нахил орбіти: | 6,0033 ° |
| Останній перигелій: | 24 березня 1994 |
| Наступний перигелій: | впала на Юпітер |
| Фізичні характеристики | |
Комету відкрили астрономи Керолін і Юджин М. Шумейкери та Девід Х. Леві[en] в 1993 році[2]. Комета Шумейкерів — Леві 9 (ШЛ9) була захоплена Юпітером, її було відкрито тоді, коли вона оберталася навколо планети. Це була перша активна комета, зафіксована на орбіті планети, і, ймовірно, була захоплена Юпітером приблизно 20—30 років тому.
Розрахунки показали, що її незвичайна фрагментована форма була зумовлена попереднім наближенням до Юпітера в липні 1992 року. У той час орбіта Шумейкера — Леві 9 проходила за межею Роша Юпітера, і приливні сили Юпітера розірвали комету на частини. Пізніше комету спостерігали як серію фрагментів розміром до 2 км у діаметрі. Ці фрагменти зіткнулися з південною півкулею Юпітера між 16 і 22 липня 1994 року на швидкості приблизно 60 км/с (друга космічна швидкість Юпітера). Виразні сліди від ударів були помітні краще, ніж Велика червона пляма, і зберігалися протягом багатьох місяців.
Відкриття
Виконуючи програму спостережень, спрямовану на виявлення навколоземних об'єктів, Шумейкери та Леві виявили комету Шумейкерів — Леві 9 у ніч на 24 березня 1993 року на фотографії, зробленій приблизно півметровим телескопом Шмідта[en] в Паломарській обсерваторії в Каліфорнії. Таким чином, комета стала випадковим відкриттям, яке швидко затьмарило результати їхньої основної програми спостережень[3].
Комета Шумейкерів — Леві 9 була дев'ятою періодичною кометою (кометою, орбітальний період якого становить 200 років або менше), відкритою Шумейкерами та Леві, звідси і її назва. Це було їхнє одинадцяте відкриття комети, включаючи відкриття двох неперіодичних комет, які використовують іншу номенклатуру. Про відкриття було оголошено в циркулярі IAU[en] 5725 26 березня 1993 року[4].
Початкове зображення дало перший натяк на те, що комета Шумейкерів — Леві 9 була незвичайною кометою, оскільки в ній було видно кілька ядер у витягнутій області близько 50 кутових секунд і 10 шириною кутових секунд. Браян Г. Марсден із Центрального бюро астрономічних телеграм[en] зазначив, що комета лежить лише близько 4 градусів від Юпітера, як видно із Землі, і хоча це може бути ефектом прямої видимості, її видимий рух у небі свідчить про те, що комета була фізично близько до планети[5].
Орбіта
Орбітальні дослідження нової комети незабаром показали, що вона обертається навколо Юпітера, а не навколо Сонця, на відміну від усіх інших відомих на той час комет. Її орбіта навколо Юпітера була дуже слабко зв'язана, з періодом близько 2 років і апсидом (найвіддаленішою від планети точкою орбіти) в 0,33 астрономічної одиниці (49 млн км). Його орбіта навколо планети була дуже ексцентричною (e = 0,9986)[6].
Відстеження орбітального руху комети показало, що вона деякий час оберталася навколо Юпітера. Цілком ймовірно, що вона була зафіксонава на сонячній орбіті на початку 1970-х років, хоча це могло відбутися ще в середині 1960-х років[7]. Кілька інших спостерігачів знайшли зображення комети на попередніх знімках, отриманих до 24 березня, зокрема Ендате Кін на фотографії, зробленій 15 березня, Сатору Отомо[en] 17 березня і команда на чолі з Елеанорою Гелін на знімках 19 березня[8]. Зображення комети на фотопластині Шмідта, зроблене 19 березня, було ідентифіковане 21 березня М. Ліндгреном у рамках проекту з пошуку комет поблизу Юпітера[9]. Однак, оскільки його команда очікувала, що комети будуть неактивними або, у кращому випадку, демонструватимуть слабку пилову кому, а SL9 мала особливу морфологію, її справжню природу не було розпізнано аж до офіційного оголошення через 5 днів. Не було знайдено жодних попередніх зображень, датованих раніше березня 1993 року. До того, як комета була захоплена Юпітером, вона, ймовірно, була короткоперіодичною кометою з афелієм всередині орбіти Юпітера і перигелієм всередині поясу астероїдів[10].
Об'єм простору, у межах якого можна сказати, що об'єкт обертається навколо Юпітера, визначається сферою Гілла. Коли комета проходила повз Юпітер наприкінці 1960-х або на початку 1970-х років, вона опинилася поблизу його афелію і трохи в межах сфери пагорба Юпітера. Гравітація Юпітера підштовхнула комету до нього. Оскільки рух комети відносно Юпітера був дуже малий, вона впала майже прямо на Юпітер, і тому опинилася на орбіті з дуже високим ексцентриситетом — тобто еліпс був майже сплюснутий[11].
Комета, очевидно, пройшла дуже близько до Юпітера 7 липня 1992 року, трохи більше 40 000 км над його хмарними вершинами — менша відстань, ніж радіус Юпітера, що становить 70 000 км, і в межах орбіти внутрішнього супутника Юпітера Метіда та межі Роша, всередині якої приливні сили достатньо сильні, щоб зруйнувати тіло, яке утримується разом лише силою тяжіння. Хоча комета і раніше наближалася до Юпітера дуже близько, зіткнення 7 липня, схоже, було найближчим, і вважається, що саме в цей час відбулася фіксація фрагментів комети. Кожен фрагмент комети був позначений літерою алфавіту, від «фрагмента A» до «фрагмента W» — практика, що вже склалася на основі попередніх спостережень за фрагментами комет[12][11].
Для астрономів, які займаються планетарними дослідженнями, ще більш захоплюючим було те, що найкращі орбітальні розрахунки показували, що комета пройде в межах 45 000 км від центра Юпітера, тобто на відстані, меншій за радіус планети, а це означало, що існувала надзвичайно висока ймовірність того, що SL9 зіткнеться з Юпітером у липні 1994 року. Дослідження припускали, що потік уламків буде входити в атмосферу Юпітера протягом приблизно п'яти днів[13][11].
Передбачення зіткнення
Відкриття того, що комета, ймовірно, зіткнеться з Юпітером, викликало велике хвилювання в астрономічній спільноті та за її межами, оскільки астрономи ніколи раніше не бачили зіткнення двох значних тіл Сонячної системи. Були проведені інтенсивні дослідження комети, і в міру того, як її орбіта ставала все більш точною, можливість зіткнення стала ймовірною. Зіткнення дало б унікальну можливість вченим зазирнути всередину атмосфери Юпітера, оскільки очікувалося, що зіткнення спричинить виверження речовини з шарів, які зазвичай приховані під хмарами[14].
За оцінками астрономів, видимі фрагменти SL9 мали розмір від кількох сотень метрів (близько 1000 футів) до двох кілометрів (1,2 милі) в діаметрі, що свідчить про те, що початкова комета могла мати ядро до 5 км (3,1 милі) в діаметрі — дещо більше, ніж комета Хякутаке, яка стала дуже яскравою, коли пройшла близько до Землі в 1996 році. Однією з головних дискусій напередодні зіткнення було питання, чи будуть наслідки зіткнення таких малих тіл помітні з Землі, окрім спалаху, коли вони розпадуться, як гігантські метеорити. Найоптимістичнішим прогнозом було те, що великі асиметричні балістичні вогняні кулі піднімуться над кінцівкою Юпітера і потраплять у сонячне світло, щоб їх можна було побачити з Землі. Іншими передбачуваними наслідками зіткнень були сейсмічні хвилі, що поширюються по планеті, збільшення стратосферного туману на планеті через пил від зіткнень, а також збільшення маси системи кільця Юпітера. Однак, зважаючи на те, що спостереження такого зіткнення було абсолютно нетиповим, астрономи були обережними у своїх прогнозах щодо того, що ця подія може показати[14].
Спостереження та відкриття
Вивчення хімічного складу
При спостереженні зіткнення, вчені та дослідники сподівалися, що воно дасть змогу спостерігати Юпітер під його хмарними вершинами, так як його нижня поверхня безпосередньо була розкрита фрагментами комети, що пробили наскрізь верхні шари атмосфери. Спектроскопічні дослідження виявили лінії поглинання в спектрі Юпітера через спостереження дисульфуру[en] (S2) і сірковуглецю (CS2), які за час досліджень Юпітеру були виявлені на ньому вперше, а також планета стала другим астрономічним об'єктом, на якому був ідентефікований дисульфур. Інші виявлені молекули включали аміак (NH3) і сірководень (H2S). Кількість сірки у визначених сполуках, була набагато більшою, ніж кількість, яку можна було б очікувати в невеликому ядрі комети, що свідчить про виявлення матеріалу з Юпітера. Молекули, що містять кисень, такі як діоксид сірки, на подив астрономів, виявлені не були[15].
Окрім виявлення вмісту вищеописаних молекул, також було визначено присутність випромінювання важких металів, таких як залізо, магній, кремній, у відповідній кількості, що могла б бути знайдена в ядрі комети. Незважаючи на те, що спектроскопічно було виявлено значну кількість води, її було не так багато, як передбачалося, що може пояснюватися тим, що або шар води, що вважався існуючим під хмарами, є тоншим ніж очікувалося, або фрагменти комети на проникли достатньо глибоко у нього[16].
Хвилі на Юпітері
Як і передбачалося, зіткнення спричинило величезні хвилі, що пронеслися по Юпітеру зі швидкістю 450 м/с і спостерігалися впродовж двох годин після найбільших за силою зіткнень. Вважалося, що хвилі рухалися в межах стабільного шару, що відігравав роль хвилевода, та мав лежати в межах гіпотетичної тропосферної водяної хмари. Однак, інші докази показують, що уламки комети не реагували із водяним шаром, а хвилі поширювалися по стратосфері[17].
Інші спостереження
Радіоспостереження показали різке збільшення випромінювання на хвилі довжиною 21 см (8,3 дюйма) після найбільших зіткнень, яке у максимумі досягло 120 % від нормального випромінювання планети. Вважалося, що це сталося через синхротронне випромінювання, спричинене викидом релятивістських електронів — електронів зі швидкостями, близькими до швидкості світла — в магнітосферу Юпітера під час ударів[18].
Приблизно через годину після того, як фрагмент К упав на Юпітер, дослідники зафіксували полярне сяйво поблизу області зіткнення, а також на протилежному боці Юпітера. Одне з можливих пояснень полягало в тому, що спрямована вгору ударна хвиля прискорила заряджені частинки настільки, що вони під дією магнітного поля Юпітера увійшли в атмосферу з протилежних боків планети. Подібне явище зазвичай виникає під впливом потоків частинок сонячного вітру, які магнітне поле планети спрямовує до її полюсів[19].
Деякі астрономи висунули думки про те, що наслідки від зіткнень можуть мати помітний вплив на тор Іо, тор високоенергетичних частинок, що з'єднує Юпітер з вулканічним супутником Іо. Однак спектроскопічні дослідження з високою роздільною здатністю показали, що коливання йонної густини, обертової частоти та температури під час удару та після нього були в межах норми[20].
«Вояджер-2» не зміг нічого виявити при дослідженнях; після зіткнення не було зареєстровано аномальних рівнів УФ-випромінювання або радіосигналів[21][22]. Улісс також не зміг виявити жодних аномальних радіочастот[21].
Параметри перед зіткненням
На початку 1994 року комета мала такі параметри орбіти: перигелій 5,381 а. о.; ексцентриситет 0,216; нахил орбіти до екліптики 6° 00'; аргумент перицентра 354° 53'; довгота висхідного вузла 220° 32'; середня аномалія 242,7°; орбітальний період 18,0 року. Стандартна зоряна величина комети — 6m[23][24].
Зіткнення з Юпітером
Під час чергового наближення до планети в липні 1994 року фрагменти комети врізалися в атмосферу Юпітера на швидкості 64 км/с, викликавши потужні збурення хмарного покриву (спостерігалося 21 зіткнення, оскільки деякі фрагменти до падіння розпалися). Падіння комети було передбачене та спостерігалося як із Землі, так і з космосу, воно відбувалося з 16 по 22 липня. Точки падіння перебували в південній півкулі Юпітера, на протилежному боці від Землі, тому самі моменти падіння спостерігалися лише апаратом «Галілео», що перебував на відстані 1,6 а. о. від Юпітера. Однак збурення в атмосфері Юпітера, що утворилися після падіння, спостерігалися із Землі після повороту Юпітера навколо своєї осі.
Перший фрагмент (A) увійшов в атмосферу Юпітера 16 липня о 20:16 UTC[25][26]. При цьому спостерігався спалах із температурою 24000 К, хмара газів піднялося на висоту до 3000км[27], внаслідок чого її стало видно із Землі.
Найбільший фрагмент G зіткнувся з Юпітером 18 липня о 7:34 UTC. Через кілька годин в атмосфері утворилася темна пляма, оточена двома кільцями. Діаметр зовнішнього кільця сягав 12 000 км (близько до діаметра Землі), вивільнена енергія оцінена у 6 млн мегатонн у тротиловому еквіваленті[28] (у 750 разів більше всього ядерного потенціалу, накопиченого на Землі).
Наслідків падіння фрагментів T, U та V спостерігати не вдалося. Можливо, вони відхилилися від траєкторії комети та уникли зіткнення[28].
Юпітер після зіткнення
Було розроблено декілька моделей для обчислення густини та розміру комети Шумейкерів — Леві 9. Виявилося, що її середня густинастановить приблизно 0,5 г/см3; розпад комети з набагато меншою щільністю не нагадував би спостережувану низку об'єктів. Розмір материнської комети був розрахований у приблизно 1,8 км у діаметрі[29][30]. Ці передбачення були одними з небагатьох, які були фактично підтверджені подальшими спостереженнями[31].
Несподіваним наслідком зіткнення було виявлення невеликої кількості води порівняно з попередніми прогнозами[32]. До зіткнення моделі атмосфери Юпітера вказували, що розпад найбільших фрагментів відбуватиметься за атмосферного тиску від 30 кілопаскалів до кількох десятків мегапаскалів (від 0,3 до кількох сотень бар)[16]. Крім того, за деякими прогнозами, комета мала проникнути через шар води і створити блакитну пелену над цією областю Юпітера[33].
Астрономи не спостерігали великої кількості води після зіткнень, а пізніші дослідження зіткнень показали, що фрагментація та руйнування уламків комети під час метеорного повітряного вибуху, ймовірно, відбулося на набагато більшій висоті, ніж очікувалося раніше, причому навіть найбільші фрагменти були зруйновані під тиском досягла 250 кПа — значно вище очікуваної глибини шару води. Менші фрагменти, ймовірно, були знищені ще до того, як досягли хмарного шару[34].
Довготривалі наслідки
Сліди від ударів можна було побачити на Юпітері протягом багатьох місяців. Спостерігачі описували їх як більш помітні, ніж Велика червона пляма. Перегляд історичних спостережень показав, що ці сліди були, ймовірно, найпомітнішими тимчасовими деталями, які коли-небудь бачили на планеті[35].
За допомогою спектроскопічних спостережень було виявилено, що аміак і сірковуглець зберігалися в атмосфері щонайменше чотирнадцять місяців після зіткнень, причому значна кількість аміаку була присутня в стратосфері на відміну від його нормального розташування в тропосфері[36].
Дещо парадоксально, але температура атмосфери впала до нормального рівня набагато швидше у місцях більших зіткнень, ніж менших: при більших зіткненнях температура піднялася на ділянкках розміром від 15 000 до 20 000 км, але впала до нормального рівня протягом тижня після зіткнення. У місцях менших зіткнень температура на 10 К вища, ніж навколишнє середовище, трималася майже два тижні[37]. Глобальна стратосферна температура піднялася одразу після зіткнень, а потім протягом 2—3 тижнів впала до температури меншої ніж перед зіткненням, перш ніж повільно піднятися до нормальної температури[38].
Взаємодія Юпітера з кометами
Частота зіткнень
SL9 не є унікальною в тому, що певний час оберталася навколо Юпітера; відомо, що п'ять комет (зокрема 82P/Герельса, 147P/Кушиди-Мурамацу та 111P/Геліна-Романа-Крокетта) були тимчасово захоплені планетою[39][40]. Кометні орбіти навколо Юпітера нестабільні, оскільки вони будуть дуже еліптичними і, ймовірно, будуть сильно збурені гравітацією Сонця в апсиді (найвіддаленішій від планети точці орбіти).
Юпітер, наймасивніша планета Сонячної системи, може захоплювати об'єкти відносно часто, але розмір SL9 робить це явище рідкісним: за оцінками одного з досліджень після зіткнення, комети діаметром 0,3 км (0,19 милі) зіштовхуються з планетою раз на 500 років, а комети діаметром 1,6 км (1 миля) — лише раз на 6 000 років[41].
Існують дуже переконливі докази того, що комети раніше фрагментувалися і зіштовхувалися з Юпітером та його супутниками. Під час місій «Вояджера» до планети планетологи виявили 13 ланцюжків кратерів на Каллісто і три на Ганімеді, походження яких спочатку було загадкою[42]. Ланцюжки кратерів на Місяці часто випромінюються з великих кратерів, і вважається, що вони спричинені вторинними ударами первинного викиду, але ланцюжки на супутниках Юпітера не ведуть назад до більшого кратера. Удар SL9 переконливо свідчить про те, що ланцюжки були спричинені потягами уламків комет, які врізалися в супутники[43].
Зіткнення 19 липня 2009 року
19 липня 2009 року, рівно через 15 років після зіткнення SL9, у південній півкулі Юпітера з'явилася нова чорна пляма розміром з Тихий океан. Теплові інфрачервоні вимірювання показали, що місце зіткнення було теплим, а спектроскопічний аналіз виявив утворення надлишку гарячого аміаку і пилу, багатого на кремнезем, у верхніх шарах атмосфери Юпітера. Вчені дійшли висновку, що відбулося ще одне зіткнення, але цього разу причиною був більш компактний і сильний об'єкт, ймовірно, невеликий невідкритий астероїд[44].
Роль Юпітера у захисті внутрішньої частини Сонячної системи
Події взаємодії SL9 з Юпітером значно підкреслили роль Юпітера у захисті внутрішніх планет від міжзоряного та внутрішньосистемного сміття, виконуючи роль «космічного пилососа» для Сонячної системи(бар'єр Юпітера). Сильний гравітаційний вплив планети притягує багато малих комет та астероїдів, і вважається, що частота зіткнень комет з Юпітером у 2,000-8,000 разів вища, ніж на Землі[45].
Вважається, що вимирання непташиних динозаврів наприкінці Крейдяного періоду було спричинене Крейдово-палеогеновим зіткненням, яке створило кратер Чиксулуб[46], демонструючи, що кометні зіткнення дійсно становлять серйозну загрозу для життя на Землі. Астрономи припускають, що без величезної гравітації Юпітера події вимирання на Землі могли б відбуватися частіше, і складне життя не змогло б розвинутися[47]. Це один з аргументів, який використовується в гіпотезі про виняткову Землю.
У 2009 році було показано, що наявність меншої планети на місці Юпітера в Сонячній системі може значно збільшити частоту зіткнень комет із Землею. Планета маси Юпітера, схоже, все ще забезпечує підвищений захист від астероїдів, але загальний вплив на всі орбітальні тіла в Сонячній системі залишається неясним. Ця та інші останні моделі ставлять під сумнів природу впливу Юпітера на зіткнення з Землею[48][49][50].
Див. також
Примітки
Посилання
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
