Комета Шумейкера-Леви 9Comet Shoemaker–Levy 9
![]() Шумейкер-Леви 9, разрушенная комета на пути столкновения (всего 21 фрагмент, снято в июле 1994 г.) | |
Открытие | |
---|---|
Обнаружено |
Кэролин Шумейкер, Юджин Шумейкер, Дэвид Леви |
Дата открытия | 24 марта 1993 г. |
Орбитальные характеристики А | |
наклон | 94,2° |
Габаритные размеры | 1,8 км (1,1 мили) |
Комета Шумейкера-Леви 9 ( официально обозначенная как D/1993 F2 ) распалась на части в июле 1992 года и столкнулась с Юпитером в июле 1994 года, обеспечив первое прямое наблюдение внеземного столкновения объектов Солнечной системы . Это вызвало широкое освещение в популярных средствах массовой информации, и астрономы всего мира внимательно наблюдали за кометой. Столкновение дало новую информацию о Юпитере и подчеркнуло его возможную роль в уменьшении космического мусора во внутренней части Солнечной системы .
Комета была открыта астрономами Кэролайн и Юджином М. Шумейкерами и Дэвидом Леви в 1993 году. Комета Шумейкера-Леви 9 (SL9) была захвачена Юпитером и в то время вращалась вокруг планеты. Он был обнаружен в ночь на 24 марта на фотографии, сделанной с помощью 46-сантиметрового (18-дюймового) телескопа Шмидта в Паломарской обсерватории в Калифорнии . Это была первая активная комета, вращающаяся вокруг планеты, и, вероятно, она была захвачена Юпитером примерно 20–30 лет назад.
Расчеты показали, что ее необычная фрагментарная форма возникла из-за предыдущего более близкого сближения с Юпитером в июле 1992 года. В то время орбита Шумейкера-Леви 9 проходила в пределах предела Роша Юпитера, и приливные силы Юпитера разорвали комету. Позже комета наблюдалась как серия фрагментов диаметром до 2 км (1,2 мили). Эти фрагменты столкнулись с южным полушарием Юпитера в период с 16 по 22 июля 1994 года на скорости примерно 60 км/с (37 миль/с) ( скорость убегания Юпитера ) или 216 000 км/ч (134 000 миль в час). Выступающие шрамы от ударов были более заметны, чем Большое Красное Пятно , и сохранялись в течение многих месяцев.
Открытие
Выполняя программу наблюдений, направленную на обнаружение околоземных объектов , Шумейкеры и Леви обнаружили комету Шумейкера-Леви 9 в ночь на 24 марта 1993 года на фотографии, сделанной с помощью 0,46-метрового (1,5 фута) телескопа Шмидта в Паломаре . Обсерватория в Калифорнии . Таким образом, комета стала случайным открытием, но оно быстро затмило результаты их основной программы наблюдений.
Комета Шумейкеров-Леви 9 была девятой периодической кометой (комета с периодом обращения 200 лет или меньше), открытой Шумейкерами и Леви, отсюда и ее название . Это было их одиннадцатое открытие кометы, включая открытие двух непериодических комет, которые используют другую номенклатуру. Об открытии было объявлено в Циркуляре IAU 5725 от 26 марта 1993 года.
Изображение открытия дало первый намек на то, что комета Шумейкера-Леви 9 была необычной кометой, поскольку она показала несколько ядер в вытянутой области около 50 угловых секунд в длину и 10 угловых секунд в ширину. Брайан Г. Марсден из Центрального бюро астрономических телеграмм отметил, что комета находится всего в 4 градусах от Юпитера, если смотреть с Земли, и что, хотя это может быть эффект прямой видимости, ее видимое движение в небе предполагает, что комета находилась физически близко к планете.
Комета с юпитерианской орбитой
Орбитальные исследования новой кометы вскоре показали, что она вращается вокруг Юпитера , а не вокруг Солнца , в отличие от всех других комет, известных в то время. Его орбита вокруг Юпитера была очень слабо ограничена, с периодом около 2 лет и апоцентром (самой удаленной от планеты точкой орбиты) 0,33 астрономических единицы (49 миллионов километров; 31 миллион миль). Его орбита вокруг планеты была очень эксцентричной ( e = 0,9986).
Отслеживание орбитального движения кометы показало, что она некоторое время вращалась вокруг Юпитера. Вполне вероятно, что он был захвачен с солнечной орбиты в начале 1970-х годов, хотя захват мог произойти уже в середине 1960-х годов. Несколько других наблюдателей нашли изображения кометы на предварительных снимках, полученных до 24 марта, в том числе Кин Эндате на фотографии, выставленной 15 марта, С. Отомо 17 марта и группа под руководством Элеоноры Хелин на изображениях 19 марта. комета на фотопластинке Шмидта, сделанная 19 марта, была идентифицирована 21 марта М. Линдгреном в рамках проекта по поиску комет вблизи Юпитера. Однако, поскольку его команда ожидала, что кометы будут неактивны или, в лучшем случае, проявят слабую пылевую кому, а SL9 имела своеобразную морфологию, ее истинная природа не была признана до официального объявления 5 дней спустя. Никаких изображений до открытия, датированных ранее марта 1993 года, найдено не было. До того, как комета была захвачена Юпитером, это, вероятно, была короткопериодическая комета с афелием внутри орбиты Юпитера и перигелием внутри пояса астероидов .
Объем пространства, в котором можно сказать, что объект вращается вокруг Юпитера, определяется сферой холма Юпитера . Когда комета прошла мимо Юпитера в конце 1960-х или начале 1970-х годов, она оказалась около его афелии и оказалась немного в пределах сферы холма Юпитера. Сила тяжести Юпитера подтолкнула комету к нему. Поскольку движение кометы по отношению к Юпитеру было очень небольшим, она падала почти прямо к Юпитеру, поэтому она оказалась на Юпитецентрической орбите с очень большим эксцентриситетом, то есть эллипс был почти сплющен.
Комета, по-видимому, прошла очень близко к Юпитеру 7 июля 1992 года, на высоте чуть более 40 000 км (25 000 миль) над вершинами его облаков — меньшее расстояние, чем радиус Юпитера, составляющий 70 000 км (43 000 миль), и находится в пределах орбиты самой внутренней части Юпитера. луна Метида и предел Роша планеты , внутри которого приливные силы достаточно сильны, чтобы разрушить тело, удерживаемое вместе только гравитацией. Хотя комета и раньше приближалась к Юпитеру близко, сближение 7 июля оказалось самым близким, и считается, что фрагментация кометы произошла в это время. Каждый фрагмент кометы обозначался буквой алфавита, от «фрагмента А» до «фрагмента W» - практика, уже установленная для ранее наблюдаемых фрагментированных комет.
Более интересным для планетных астрономов было то, что лучшие орбитальные расчеты предполагали, что комета пройдет в пределах 45 000 км (28 000 миль) от центра Юпитера, что меньше радиуса планеты, а это означает, что существует чрезвычайно высокая вероятность столкновения SL9. с Юпитером в июле 1994 года. Исследования показали, что цепочка ядер врежется в атмосферу Юпитера в течение примерно пяти дней.
Прогнозы на столкновение
Открытие того, что комета, вероятно, столкнется с Юпитером, вызвало большое волнение в астрономическом сообществе и за его пределами, поскольку астрономы никогда раньше не видели столкновения двух значительных тел Солнечной системы. Были предприняты интенсивные исследования кометы, и по мере уточнения ее орбиты возможность столкновения стала несомненной. Столкновение предоставит ученым уникальную возможность заглянуть внутрь атмосферы Юпитера, поскольку ожидалось, что столкновения вызовут извержение материала из слоев, обычно скрытых под облаками.
Астрономы подсчитали, что видимые фрагменты SL9 имели размер от нескольких сотен метров (около 1000 футов) до двух километров (1,2 мили) в поперечнике, предполагая, что первоначальная комета могла иметь ядро размером до 5 км (3,1 мили) в поперечнике. несколько крупнее кометы Хиякутакэ , которая стала очень яркой, когда прошла близко к Земле в 1996 году. Один из главных споров перед столкновением заключался в том, будут ли заметны с Земли последствия столкновения таких малых тел, кроме вспыхивают, когда они распадаются, как гигантские метеоры . Самый оптимистичный прогноз заключался в том, что большие асимметричные баллистические огненные шары поднимутся над конечностью Юпитера и попадут в солнечный свет, чтобы их можно было увидеть с Земли. Другими предполагаемыми последствиями ударов были сейсмические волны, распространяющиеся по планете, увеличение стратосферной дымки на планете из-за пыли от ударов и увеличение массы кольцевой системы Юпитера . Однако, учитывая, что наблюдение за таким столкновением было совершенно беспрецедентным, астрономы были осторожны в своих прогнозах того, что может показать это событие.
воздействия
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/50/Hubble_Space_Telescope_Image_of_Fragment_BDGLNQ12R_Impacts.png/220px-Hubble_Space_Telescope_Image_of_Fragment_BDGLNQ12R_Impacts.png)
Ожидание росло по мере приближения предсказанной даты столкновений, и астрономы направили наземные телескопы на Юпитер. Несколько космических обсерваторий сделали то же самое, в том числе космический телескоп Хаббла , спутник рентгеновского наблюдения ROSAT , обсерватория В. М. Кека и космический корабль Галилео , направлявшийся на встречу с Юпитером, запланированную на 1995 год. на стороне Юпитера, скрытой от Земли, Галилей , находившийся тогда на расстоянии 1,6 а.е. (240 миллионов км; 150 миллионов миль) от планеты, смог увидеть удары по мере их возникновения. Быстрое вращение Юпитера позволило наземным наблюдателям увидеть места ударов через несколько минут после столкновений.
Два других космических зонда вели наблюдения во время столкновения: космический корабль « Улисс » , в первую очередь предназначенный для наблюдения за Солнцем , был направлен к Юпитеру с его местоположения на расстоянии 2,6 а.е. (390 миллионов км; 240 миллионов миль), а далекий зонд « Вояджер-2 » примерно в 44 а.е. (6,6 миллиарда км; 4,1 миллиарда миль) от Юпитера и на пути из Солнечной системы после встречи с Нептуном в 1989 году он был запрограммирован на поиск радиоизлучения в диапазоне 1–390 кГц и проведение наблюдений с его помощью . ультрафиолетовый спектрометр.
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f5/Impact_fireball_appears_over_the_limb_of_Jupiter.jpg/150px-Impact_fireball_appears_over_the_limb_of_Jupiter.jpg)
Астроном Ян Морисон описал удары следующим образом:
Первое столкновение произошло в 20:13 по всемирному координированному времени 16 июля 1994 года, когда фрагмент А ядра [кометы] врезался в южное полушарие Юпитера со скоростью около 60 км/с (35 миль/с). Приборы на Галилео обнаружили огненный шар , пиковая температура которого достигла около 24 000 К (23 700 ° C; 42 700 ° F), по сравнению с типичной температурой верхней части облака Юпитера около 130 К (-143 ° C; -226 ° F). Затем он расширился и быстро охладился примерно до 1500 К (1230 ° C; 2240 ° F). Шлейф от огненного шара быстро достиг высоты более 3000 км (1900 миль) и был обнаружен HST.
Через несколько минут после того, как был обнаружен ударный огненный шар, Галилео измерил возобновление нагрева, вероятно, из-за выброшенного материала, падающего обратно на планету. Наземные наблюдатели обнаружили огненный шар, поднимающийся над краем планеты вскоре после первоначального удара.
Несмотря на опубликованные прогнозы, астрономы не ожидали увидеть огненные шары от столкновений и не имели ни малейшего представления, насколько заметны с Земли другие атмосферные эффекты столкновений. Наблюдатели вскоре увидели огромное темное пятно после первого удара; пятно было видно с Земли. Считалось, что это и последующие темные пятна были вызваны обломками от ударов и были заметно асимметричными, образуя полумесяц перед направлением удара.
В течение следующих шести дней наблюдалось 21 отчетливое столкновение, самое крупное из которых произошло 18 июля в 07:33 UTC, когда фрагмент G столкнулся с Юпитером. Это столкновение создало гигантское темное пятно диаметром более 12 000 км или 7 500 миль (почти один диаметр Земли ) и, по оценкам, высвободило энергию, эквивалентную 6 000 000 мегатонн тротила (в 600 раз больше ядерного арсенала в мире). Два удара с разницей в 12 часов 19 июля оставили следы от ударов такого же размера, как следы от осколка G, и удары продолжались до 22 июля, когда осколок W столкнулся с планетой.
Наблюдения и открытия
Химические исследования
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5d/Jupiter_showing_SL9_impact_sites.jpg/250px-Jupiter_showing_SL9_impact_sites.jpg)
Наблюдатели надеялись, что удары дадут им первое представление о Юпитере под верхними слоями облаков, поскольку нижний материал был обнажён осколками кометы, пробивающими верхние слои атмосферы. Спектроскопические исследования выявили линии поглощения в спектре Юпитера из-за двухатомной серы (S 2 ) и сероуглерода (CS 2 ), первое обнаружение либо на Юпитере, и только второе обнаружение S 2 в каком -либо астрономическом объекте . Другие обнаруженные молекулы включали аммиак (NH 3 ) и сероводород (H 2 S). Количество серы, подразумеваемое количествами этих соединений, было намного больше, чем количество, которое можно было бы ожидать в маленьком кометном ядре, показывая, что материал изнутри Юпитера был обнаружен. Молекулы, содержащие кислород , такие как диоксид серы , к удивлению астрономов, не были обнаружены.
Наряду с этими молекулами было обнаружено излучение тяжелых атомов , таких как железо , магний и кремний , с изобилием, соответствующим тому, что было бы обнаружено в ядре кометы. Хотя спектроскопически было обнаружено значительное количество воды, оно было не таким большим, как предсказывалось, а это означало, что либо слой воды, который, как предполагалось, существовал под облаками, был тоньше, чем предполагалось, либо фрагменты кометы проникли недостаточно глубоко.
Волны
Как и предсказывалось, столкновения породили огромные волны, которые прокатились по Юпитеру со скоростью 450 м/с (1476 футов/с) и наблюдались более двух часов после самых сильных столкновений. Считалось, что волны распространяются внутри стабильного слоя, действующего как волновод , и некоторые ученые считали, что стабильный слой должен находиться внутри гипотетического водяного тропосферного облака. Однако другие свидетельства, казалось, указывали на то, что фрагменты кометы не достигли водного слоя, а вместо этого волны распространялись в стратосфере .
Другие наблюдения
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/SL9ImpactGalileo.jpg/250px-SL9ImpactGalileo.jpg)
Радионаблюдения выявили резкое увеличение излучения континуума на длине волны 21 см (8,3 дюйма) после самых сильных столкновений, пик которого составил 120% от нормального излучения планеты. Считалось, что это связано с синхротронным излучением , вызванным инжекцией релятивистских электронов — электронов со скоростями, близкими к скорости света, — в магнитосферу Юпитера в результате ударов.
Примерно через час после влета фрагмента К в Юпитер наблюдатели зафиксировали авроральное излучение вблизи области удара, а также на антиподе места удара по отношению к сильному магнитному полю Юпитера . Причину этих выбросов было трудно установить из-за отсутствия знаний о внутреннем магнитном поле Юпитера и геометрии мест ударов. Одно из возможных объяснений заключалось в том, что восходящие ударные волны от удара ускорили заряженные частицы достаточно, чтобы вызвать полярное сияние, явление, более типично связанное с быстро движущимися частицами солнечного ветра , ударяющимися о планетарную атмосферу вблизи магнитного полюса .
Некоторые астрономы предположили, что удары могли оказать заметное влияние на тор Ио , тор из высокоэнергетических частиц, соединяющий Юпитер с высоко вулканическим спутником Ио . Спектроскопические исследования с высоким разрешением показали, что изменения плотности ионов , скорости вращения и температуры во время удара и после него находились в пределах нормы.
«Вояджеру-2» не удалось ничего обнаружить, поскольку расчеты показали, что огненные шары были чуть ниже предела обнаружения корабля; после взрыва не было зарегистрировано аномальных уровней УФ-излучения или радиосигналов. Улисс также не смог обнаружить никаких аномальных радиочастот.
Анализ после воздействия
Было разработано несколько моделей для расчета плотности и размера Шумейкера-Леви 9. Его средняя плотность, по расчетам, составила около 0,5 г/см 3 (0,018 фунта/куб.дюйм); распад гораздо менее плотной кометы не был бы похож на наблюдаемую цепочку объектов. По расчетам, размер родительской кометы составляет около 1,8 км (1,1 мили) в диаметре. Эти предсказания были одними из немногих, которые действительно подтвердились последующими наблюдениями.
Одним из сюрпризов ударов стало небольшое количество воды, обнаруженное по сравнению с предыдущими прогнозами. До удара модели атмосферы Юпитера указывали, что распад самых крупных фрагментов произойдет при атмосферном давлении от 30 килопаскалей до нескольких десятков мегапаскалей (от 0,3 до нескольких сотен бар ). комета проникнет сквозь слой воды и создаст синеватую пелену над этой областью Юпитера.
Астрономы не наблюдали большого количества воды после столкновений, а более поздние исследования столкновений показали, что фрагментация и разрушение фрагментов кометы при метеорном воздушном взрыве , вероятно, происходили на гораздо больших высотах, чем ожидалось ранее, причем даже самые большие фрагменты разрушались под давлением. достигло 250 кПа (36 фунтов на квадратный дюйм), что намного выше ожидаемой глубины водного слоя. Меньшие фрагменты, вероятно, были уничтожены еще до того, как достигли облачного слоя.
Долгосрочные эффекты
Видимые шрамы от ударов можно было наблюдать на Юпитере в течение многих месяцев. Они были чрезвычайно заметными, и наблюдатели описывали их как более заметные, чем Большое Красное Пятно . Поиск исторических наблюдений показал, что эти пятна были, вероятно, наиболее заметными временными образованиями, когда-либо наблюдаемыми на планете, и что, хотя Большое Красное Пятно примечательно своим поразительным цветом, никаких пятен такого размера и темного цвета, как те, которые были вызваны ударами SL9, не было. были когда-либо записаны до или после.
Спектроскопические наблюдатели обнаружили, что аммиак и сероуглерод сохранялись в атмосфере в течение как минимум четырнадцати месяцев после столкновений, при этом значительное количество аммиака присутствовало в стратосфере, а не в тропосфере, как обычно.
Как ни странно, атмосферная температура упала до нормального уровня гораздо быстрее на более крупных участках ударов, чем на более мелких участках: на более крупных участках ударов температура была повышена в районе от 15 000 до 20 000 км (от 9 300 до 12 400 миль) в ширину, но упала обратно. до нормального уровня в течение недели после воздействия. На небольших участках температура на 10 К (18 ° F) выше, чем в окружающей среде, сохранялась почти две недели. Глобальные температуры в стратосфере повысились сразу после ударов, затем через 2–3 недели после них упали до температуры ниже предударной, а затем медленно поднялись до нормальных температур.
Частота воздействий
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dd/Chain_of_impact_craters_on_Ganymede.jpg/220px-Chain_of_impact_craters_on_Ganymede.jpg)
SL9 не уникален тем, что какое-то время вращался вокруг Юпитера; известно, что пять комет (в том числе 82P/Герельса , 147P/Кушида-Мурамацу и 111P/Хелин-Роман-Крокетт ) были временно захвачены планетой. Кометные орбиты вокруг Юпитера нестабильны, так как они будут очень эллиптическими и, вероятно, будут сильно возмущены гравитацией Солнца в апожове (самой удаленной точке орбиты от планеты).
Безусловно, самая массивная планета в Солнечной системе , Юпитер может захватывать объекты относительно часто, но размер SL9 делает его редкостью: одно исследование после столкновения показало, что кометы диаметром 0,3 км (0,19 мили) сталкиваются с планетой примерно раз в 500 лет и те 1,6 км (1 миля) в диаметре делают это только раз в каждые 6000 лет.
Есть очень веские доказательства того, что кометы ранее были фрагментированы и сталкивались с Юпитером и его спутниками. Во время миссий «Вояджера» к планете планетологи выявили 13 цепочек кратеров на Каллисто и три на Ганимеде , происхождение которых изначально было загадкой. Цепочки кратеров, наблюдаемые на Луне , часто исходят из больших кратеров и, как считается, вызваны вторичными ударами исходных выбросов, но цепи на лунах Юпитера не вели обратно к более крупному кратеру. Столкновение с SL9 убедительно свидетельствовало о том, что цепи возникли из-за череды разрушенных кометных фрагментов, врезавшихся в спутники.
Влияние от 19 июля 2009 г.
19 июля 2009 г., ровно через 15 лет после падения SL9, в южном полушарии Юпитера появилось новое черное пятно размером с Тихий океан. Тепловые инфракрасные измерения показали, что место удара было теплым, а спектроскопический анализ обнаружил образование избыточного горячего аммиака и богатой кремнеземом пыли в верхних слоях атмосферы Юпитера. Ученые пришли к выводу, что произошло еще одно столкновение, но на этот раз причиной стал более компактный и прочный объект, вероятно, небольшой неоткрытый астероид.
Юпитер как «космический пылесос»
Воздействие SL9 подчеркнуло роль Юпитера как «космического пылесоса» для внутренней части Солнечной системы ( барьер Юпитера ). Сильное гравитационное влияние планеты приводит к столкновению множества небольших комет и астероидов с планетой, и считается, что частота столкновений комет с Юпитером в 2000–8000 раз выше, чем на Земле.
Обычно считается, что вымирание нептичьих динозавров в конце мелового периода было вызвано ударным событием мелового-палеогенового периода , в результате которого образовался кратер Чиксулуб , демонстрируя, что удары представляют серьезную угрозу для жизни на Земле. Астрономы предположили, что без Юпитера, который уничтожил бы потенциальные ударники, случаи вымирания могли быть более частыми на Земле, и сложная жизнь могла бы не развиться. Это часть аргумента, используемого в гипотезе редкой земли .
В 2009 году было показано, что присутствие меньшей планеты на месте Юпитера в Солнечной системе может значительно увеличить частоту столкновений комет с Землей. Планета с массой Юпитера по-прежнему обеспечивает повышенную защиту от астероидов, но общее влияние на все орбитальные тела Солнечной системы неясно. Эта и другие недавние модели ставят под сомнение характер влияния Юпитера на столкновения с Землей.
Смотрите также
- Список событий Юпитера
- 17 марта 2016 г. столкновение с Юпитером.
- Атмосфера Юпитера
- 73P/Schwassmann-Wachmann , околоземная комета в процессе распада.
использованная литература
Заметки
Библиография
- Чодас П.В. и Йоманс Д.К. (1996), Орбитальное движение и обстоятельства столкновения кометы Шумейкера-Леви 9 , в столкновении кометы Шумейкера-Леви 9 и Юпитера , под редакцией К.С. Нолла, П.Д. Фельдмана и Х.А. Уивера, Cambridge University Press , стр. 1–30
- Chodas PW (2002), Сообщение об элементах орбиты Селдену Э. Боллу-младшему . По состоянию на 21 февраля 2006 г.
внешние ссылки
- Комета Шумейкер – Леви 9 Часто задаваемые вопросы
- Комета Шумейкера-Леви 9 Фотогалерея
- Анимация в формате GIF, показывающая ход удара и размер по сравнению с земным размером.
- Комета Шумейкера-Леви 9 Дэн Брутон, Техасский университет A&M
- Юпитер проглатывает комету Шумейкер Леви 9 Астронет > Астронет > 5 ноября 2000 г.
- Столкновение кометы Шумейкера-Леви с Юпитером
- Информация о Национальном центре данных космической науки
- Моделирование орбиты SL-9, показывающее пролет кометы, расколовший комету, и столкновение 2 года спустя.
- Интерактивный космический симулятор, включающий точную 3D-симуляцию столкновения Shoemaker Levy 9.
- Архив кампании по наблюдению за столкновением с Юпитером Shoemaker-Levy 9 в системе планетарных данных НАСА, узел малых тел