< Марсианские овраги прорыты не водой

Как рождаются кометы?

Тщательный анализ данных, собранных «Розеттой», показал, что кометы – остатки первоначальных примитивных тел, из которых сформировалась Солнечная система, а не обломки, возникшие от столкновения крупных тел пояса Койпера.

---

Владислава Ананьева

Для понимания происхождения и эволюции Солнечной системы на ранних этапах ее развития важно понимать происхождение и природу ядер комет, подобных комете 67P/Чурюмова-Герасенко. Если кометные ядра являются остатками изначальных примитивных тел, первыми сконденсировавшихся в протопланетном диске, они отражают свойства этого диска и физико-химические условия в нем. Однако есть и другая гипотеза образования кометных ядер. Согласно этой гипотезе, кометные ядра являются осколками столкновений относительно крупных транснептуновых тел, в настоящее время населяющих пояс Койпера. В этом последнем случае кометное вещество претерпело серьезные изменения и не может отражать свойства протосолнечной туманности, зато оно отражает свойства крупных ТНО, осколками которых является.

Сумма фактов, собранная КА «Розетта», заставляет отдать решительное предпочтение первой гипотезе.

«Розетта» обнаружила, что ядро кометы Чурюмова-Герасименко представляет собой тело малой плотности, высокой пористости, которое состоит из двух частей, отличающихся высокой концентрической слоистостью. Высокая пористость материала ядра говорит о том, что оно не претерпело сколь-нибудь мощных столкновений, которые уплотнили бы его вещество. Концентрическая слоистость двух частей ядра говорит о том, что когда-то они были отдельными кометными ядрами, а потом слиплись после столкновения на невысокой скорости. Отдельные детали и текстуры ядра, проявляющиеся на разных масштабах, помогают понять, как формировались кометные ядра и в каких условиях это происходило.

Например, в области Бастет на поверхности наблюдаются три чашеобразные структуры, которые могут быть остатками кометезималей, из которых сформировалось ядро кометы Чурюмова-Герасименко. На еще меньших масштабах (несколько метров) поверхность ядра демонстрирует комковатую текстуру типа «гусиная кожа» (эта текстура заметна на склонах утесов и на стенках ям во многих местах поверхности ядра). Этот узор мог появиться в результате растрескивания материала ядра, но многие исследователи полагают, что он отражает внутреннюю неоднородность вещества кометы, состоящего из множества «кометезималей» метрового масштаба. Неполное слияние этих кометезималей и привело к формированию кометных ядер – неплотных, пористых, с грубой текстурой.

Также «Розетта» обнаружила, что ядро кометы содержит заметное количество очень летучих веществ, таких, как угарный газ, азот, кислород и аргон. Это, в свою очередь, означает, что ядро сформировалось при очень низких температурах и до недавнего времени не испытывало даже умеренного нагрева. Напротив, крупные транснептуновые объекты нагревались распадом короткоживущих радиоактивных элементов, так что ядро кометы Чурюмова-Герасименко не может быть обломком одного из них.

Как же происходило формирование комет? Бьорн Дэвидсон (Björn Davidsson) из Лаборатории реактивного движения рисует такую картину.

В течение первого миллиона лет с момента образования протосолнечной туманности сформировались достаточно крупные объекты пояса Койпера с размерами до 400 км. Примерно через три миллиона лет газ покинул протопланетный диск, и в нем осталось одно твердое вещество. В течение последующих ~400 млн. лет крупные ТНО постепенно аккумулировали в себе оставшееся твердое вещество, одновременно уплотняясь, проходя частичную или полную гравитационную дифференциацию, эпизоды таяния и последующего замораживания. Крупнейшие из этих тел, такие, как Плутон и Тритон, сохранили активность до наших дней.

Однако не все вещество собралось в крупные ТНО. Часть ледяной пыли и гальки стали медленно аккумулироваться на низкой скорости, собираясь в рыхлые агрегаты, диаметры которых к моменту рассеяния газа достигали ~5 км. Медленный рост и низкие скорости взаимных столкновений уберегли эти агрегаты (будущие кометные ядра) от нагрева и позволили им сохранить в своем составе высоколетучие вещества. 

В дальнейшие ~25 млн. лет тяготение крупных ТНО несколько «взболтало» кометные орбиты и заставило кометные ядра сталкиваться на несколько большей скорости. Многие ядра сталкивались и слипались друг с другом, образуя «двудольные» ядра, подобные ядру 67P/Чурюмова-Герасенко. Однако после своего образования большинство кометных ядер осталось в неприкосновенности в течение 4.6 млрд. лет – тем самым они открывают окно в самую раннюю эпоху формирования Солнечной системы.

---