Как рождаются кометы?

Подробный анализ данных, собранных кораблем Rosetta, показывает, что кометы – это те космические объекты, оставшиеся со времен зарождения Солнечной системы, сформированы не из малых фрагментов, возникших вследствие предыдущих столкновений между другими, большими телами.

Понимание, как и когда объекты, подобные комете 67Р/Чурюмова-Герасименко, сформировались, имеет первостепенное значение для определения их роли в раннем развитии Солнечной системы. Если подобные объекты остались нетронутыми, то они могли предоставить материал из той протопланетной туманности, из которой образовались все небесные тела Солнечной системы 4,6 млрд. лет назад, а также помочь познать те процессы, преобразившие нашу планетарную систему в современный вид.

Современная гипотеза образования комет гласит, что они возникли из маленьких осколков, которые в свою очередь образовались в результате более ранних столкновений «родительских объектов», такие как ледяные транснептуновые тела TNO. В таком случае они дают представление о составе таких крупных тел, столкновениях, которые разрывали их, процессе формирования новых объектов из остатков старых.

Так или иначе кометы были свидетелями самых важных событий при развитии Солнечной системы и подробные исследования, проведенные Rosetta наряду с наблюдениями других комет, позволяют узнать, какой сценарий более вероятен.

Во время двухлетнего пребывания около 67Р/Ч-Г Rosetta предоставил следующую картину состава кометы: она имела малую плотность, высокую пористость, двухлопастную форму с обширными наслоениями, предполагая, что лопасти накопили материал в течение долгого времени прежде, чем они слились.

Необычно высокая пористость внутреннего ядра сразу указывает, что рост не может происходить через сильные столкновения, поскольку при таком сценарии происходило бы серьезное уплотнение материала.

Структуры и особенности различного размера, наблюдаемые камерами Rosetta, предоставляют дополнительную информацию о том, как этот рост происходил. Более ранние наблюдения показали, что «голова и тело» были первоначально отдельными объектами, но столкновение, которое соединило их, происходило на относительно низкой скорости, что не привело к обоюдному разрушению.

Факт, что у обеих частей есть одинаковые слои также говорит нам, что они претерпели подобные эволюционные изменения и что никогда не испытывали каких-либо катастрофических столкновений с другими объектами на протяжении всего периода своего существования.

Слияние также происходили в меньших масштабах. Например, три сферических «шапки», обнаруженные в регионе Bastet на малой лопасти кометы, являются останками малых объектов, которые частично сохранились в первозданном виде сегодня. Так называемая «гусиная кожа», особенность, наблюдаемая в многочисленных углублениях и наружных стенках склонов в различных местах на комете, говорит об еще меньших масштабах объектов, несколько метров диаметром, которые когда-то с ней слились.

Согласно теории, скорости столкновения объектов и их последующего объединения, изменяются во время процесса роста и достигают пиковых, когда глыбы имеют размеры несколько метров. По этой причине, метровые структуры будут самыми компактными и устойчивыми.

Дальнейшие исследования включали спектральный анализ состава, показывая, что на поверхности не происходило какого-либо серьезного размораживания и замораживания пресной воды, а анализ газов из сублимирующихся льдов, говорит, что комета богата суперлетучими веществами, такими как моноксид углерода, кислород и азот.

Такие выводы подразумевают, что комета, сформировавшаяся в чрезвычайно холодных условиях, не подвергалась воздействию внутреннего тепла на протяжении всей своей жизни. Только постоянно низкие температуры объясняют сохранение в первозданном виде определенных льдов и летучих веществ, которые медленно накапливались на протяжении значительного интервала времени.

В то время как TNO во внешней Солнечной системе нагревались непродолжительным, но все же радиоактивным распадом, кометы не показывают каких-либо признаков подобного. Ученые считают, что большие TNO формировались на протяжении первого миллиона лет после образования солнечной туманности из газов и стремительно увеличивали свои размеры, достигая в диаметре 400 км.

Примерно через 3 млн. лет после начала формирования Солнечной системы, газ исчез из солнечной туманности, и остался исключительно твердый материал. В дальнейшем на протяжении более длительного периода, продлившегося около 400 млн. лет, уже массивные TNO медленно аккумулировали этот оставшийся материал. Некоторым TNO даже удалось вырасти в объекты типа Плутона или Тритона.

Но кометы выбрали иной путь. После быстродействующей начальной фазы роста TNO, оставшиеся мелкие частицы ледяного материала в холодной внешней части солнечной туманности начали объединяться на низкой скорости, что привело к образованию комет диаметром 5 км к тому времени, когда газ исчез из солнечной туманности.

Низкие скорости, при которых накапливался материал на кометах, привели к образованию объектов с хрупкими ядрами, высокой пористостью и низкой плотностью. Такой медленный рост позволил кометам сохранить часть самого старого, летучего материала от солнечной туманности. Более того, так как они не имели энергию, произведенную радиоактивным распадом, это не позволяло им нагреваться слишком сильно и испарить летучие вещества.

Вследствие пересечения кометных орбит, дополнительный материал, аккумулировался на более высокой скорости в течение последующих 25 млн. лет, образуя внешние слои. Пересечение также позволяло некоторым километровым объектам «мягко» сталкиваться друг с другом, что приводило к образованию би-лопастных комет, подобных 67Р/Ч-Г.

По результатам миссии Rosetta ученые пришли к выводу, что теория, существовавшая до сих пор неправильна. Кометы не показывают характеристик, которые следуют из краха таких больших объектов, как TNO. Скорее всего, они медленно росли без какого-либо участия TNO, оставаясь неповрежденными в течение 4,6 млрд. лет.

Сегодня кометы действительно являются ценными кладами Солнечной системы. Они предоставляют нам уникальную возможность погрузиться в процессы, которые сыграли важную роль в планетарной стройке в те древние времена и которые привели к созданию Солнечной системы, видимую нами сегодня.