Дезинтеграция кометных ядер

Ибадинов, Хурсандкул Ибодинович

Дезинтеграция кометных ядер тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

Ибадинов, Хурсандкул Ибодинович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Душанбе МЕСТО ЗАЩИТЫ

1998 ГОД ЗАЩИТЫ

01.03.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по астрономии на тему «Дезинтеграция кометных ядер»

Автореферат диссертации на тему "Дезинтеграция кометных ядер"

^-ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛКДОВЛ111111 %

Г^ АКАДЕМИИ ПАУК 1'ОССИИСКОП ФЕДЕРАЦИИ

Пи правах рукописи

ИСЛДИНОВ ХУРСЛНДТСУЛ ИБОДИНОВИЧ

УДК 523.6

ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ КОМЕТНЫХ ЯДЕР

Специальность - 01.03.03 - Гелиофизика и физика Солнечной системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степепи доктора физико-математических наук

Москва -1998

Работа выполнена и Ордена Трудиною Красного Знамени Институте астрофизики Академии паук Республики Таджикистан

Официальные оппоненты- доктор фн ¡ико-математических наук,

член-корреспондент РАН, профессор Маров Михаил Яковлевич,

Ведущая организация - Физико-технический институт имени

А.Ф.. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 20 ноября 1998 г. в 10 ч. 00 м. на заседании диссетрационного совета Д 002. 94. 01 в Институте космических исследований РАН по адресу: Москва, 117810, Профсоюзная ул., дом 84/32, подъезд 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института космических исследований РАН.

Автореферат разослан октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, Ксанфомадити Леонид Васильевич

доктор физико-математических наук, профессор [Пульман Леонид Маркович

к.т.н.

Нестеров В.Е.

Актуальность работы

Решение проблемы происхождения комет и их генетической связи с другими телами Солнечном системы тесно снизано с химсоставом, структурой и свойствами кометных ядер, закономерностями их дезинтеграции и эволюции. Результаты миссий ВЕГА-1, ВЕГА-2 и Джотто к комете Галлея показали, что изучение кометы "на месте" (in situ) является наиболее информативным методом. Состав и свойства кометного ядра необходимо исследовать с помощью аппаратуры, сажаемой на поверхность ядра. Такой сложный эксперимент предусмотрен в начале следующего века (проект РОЗЕТТА) и для его успешной реализации также нужны данные о кометном ядре, в первую очередь, о свойствах его поверхности. Существует и другой, тоже эффективный метод исследования кометного ядра - метод лабораторного моделирования, в разработке которого принимал участие и автор настоящей работы. Этот метод менее дорогостоящий и его необходимо применять при изучении свойств кометных ядер. Эволюцию комет необходимо рассматривать в совокупности со всеми существующими наблюдательными, экспериментальными . и теоретическими результатами.

Цель работы.

Целью работы является исследование свойств кометных ядер и особенностей их дезинтеграции и эволюции.

В работе используются три метода:

1. Метод лабораторного моделирования кометных явлений;

2. Теоретические исследования и численное моделирование;

3. Обработка и интерпретация наблюдений комет.

Научная новизна проведенных исследований.

1. Развит метод лабораторного моделирования кометных явлений. Разработан метод получения моделей тугоплавкой корки поверхности пометного ядра и исследования их физико-механических и теплофизических свойств.

2. Разработаны и созданы экспериментальные установки для лабораторного моделирования дезинтеграции ледяного кометнйго ядра. Экспериментально изучена сублимация наиболее вероятных льдов кометного ядра и получены количественные данные о температуре, скорости и теплоте сублимации этих льдов. Экспериментально установлен выброс ледяных частиц с поверхности модели кометного ядра.

3. Экспериментально установлены закономерности образования и разрушения тугоплавкой корки на поверхности модели кометного ядра и выброса метеорных частиц с этой поверхности.

4. Определены время жизни короткопериодических комет, вековое падение их блеска и фотометрический параметр комет п на основе результатов лабораторных экспериментов с различными вариантами ядра кометы. Предложены варианты ядра, обеспечивающие газопроизводительность средней кометы и среднестатистический параметр п.

5. Разработан обобщенный метод решения обратной задачи .механической теории кометных форм и предложен метод выявления доминирующего механизма пылевыделения в кометах.

6. Теоретически получено условие динамического равновесия тугоплавкой корки поверхности кометного ядра и ее критическом толщины. Установлены два варианта дезинтеграции и эволюции кометного ядра с такой коркой.

7. Выявлены закономерности формирования пылевых хвостов ТрСХ КОМО Г II УСЛОВИЯ ИЫЛСН!.1ДеЛС11!1Я в них кометах. ! 1о;и нср-кдсн экспериментальный вывод о ква шпепрерынпом истечении пыли из ядер комет. Установлен рост эффективного ускорения част иц пылевых

. хвостов этих комет с удалением их от Солнца.

8. Составлен каталог комет с нестационарно активными ядрами. Выявлены некоторые закономерности проявления активных процессов в кометных ядрах. Установлена связь образования концевых синхрон с активными процессами в кометных ядрах.

9. Экспериментально, при условиях максимально приближенных к условиям реальных комет, изучено зарастание кометного ядра тугоплавкой коркой и установлены закономерности этого процесса. Получены количественные данные о физико-механических и теплофизических свойствах моделей корки поверхности ядра.

10. Экспериментально установлено образование тугоплавких веществ на поверхности конгломерата льдов в результате ионно-молекулярных реакций. Смоделирован один из возможных механизмов образования газо-пылевых струй (джетов) на поверхности кометного ядра.

11. Установлена зависимость скоросги падения абсолютного блеска короткопериодических комет от перигелийного расстояния их орбиты. Получено косвенное наблюдательное подтверждение наличия тугоплавкой корки на поверхности ядер части короткопериодических комет.

12. Получены количественные данные и соотношения, характеризующие эволюцию короткопериодической кометы в астероидоподобное тело.

Г)

Основные положения, IM.iMOCIIMI.IL' на ЗИЩИту.

1. Развитие метода лабораторного моделирования комет. Метод получения н исследования моделей тугоплавкой корки поверхности ядер комет.

2. Результаты лабораторного моделирования дезинтеграции ледяного пометного ядра. Исследования физико-механических, теплофизических свойств моделей тугоплавкой корки поверхности ядра.

3. Метод решения обратной задачи механической теории кометных форм с извлечением информации об условиях и закономерностях пылевыделения из ядер реальных комет.

4. Вывод о существовании двух путей эволюции ядер коротко-

периодических комет, вытекающий из наблюдаемой статистической

закономерности падения их абсолютного блеска.

5. Результаты лабораторного и численного моделирования

эволюции ледяного кометного ядра с тугоплавкой коркой.

Научное и практическое значение работы

В работе получены новые данные о свойствах поверхности кометного ядра и особенностях его дезинтеграции и эволюции, установлены новые закономерности эволюции ядра короткопериодических комет, развита физическая теория комет, разработаны новые методы исследований комет, созданы экспериментальные установки для лабораторного моделирования комет, получены новые количественные экспериментальные данные о свойствах различных вариантов ледяного кометного ядра и данные, характеризующие сублимацию льдов при низких температурах в высоком вакууме. Теоретические и экспериментальные выводы об

особенностях дезинтеграции н эволюции ядер коме г промерены илолюдсниямп коме г, i.e. peiyjii.ian.i ji;toopaii>piu.ix экспериментов п теоретические разработки применены одновременно на практике.

Разработанные в работе методы, созданные и действующие экспериментальные установки могут успешно использоваться для изучения различных процессов, происходящих ' в кометах, на поверхности астероидов, для изучения процессов, происходящих на спутниках планет, на самих планетах, для изучения мерзлых грунтов и ледников на Земле, для изучения особенностей сублимации легкоплавких веществ.

С помощью разработанных нами методов и на созданных нами установках уже сейчас проводятся экспериментальные работы по некоторым из перечисленных направлений. В частности, начато исследование воздействия солнечного ветра на кометные льды и получены важные результаты о механизмах образования нонно-молекулярных кластеров в космосе.

Полученные в работе экспериментальные данные о равновесных температурах, теплотах и коэффициентах сублимации различных льдов и данные о теплопроводности, механической прочности моделей тугоплавкой корки поверхности кометного ядра и коэффициенте диффузии газа имеют самостоятельное значение и могут быть использованы при решении задач астрофизики, низкотемпературной физхимии и материаловедения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, состоящих из 36 параграфов, заключения и списка цитированной литературы. Объем диссертации 294 страницы,из которых 212 страниц машинописного

текста, 33 таблиц, 6! рисунка. Список иитсратуры включает 442 наименования.

Во введении диссертации сформулированы цели и задачи:

1. Методом лабораторного моделирования изучить сублимацию наиболее вероятных вариантов ледяного кометного ядра, получить количественные данные, позволяющие более достоверно исследовать дезинтеграцию ядра;

2. Экспериментально изучить закономерности пылевыделения из ядра-конгломерата льдов и тугоплавких частиц;

3. Разработать методы изучения условий и механизмов пылевыделения из ядер реальных комет, исследовать активность кометных ядер;

4. Лабораторно моделировать один из вариантов эволюции комегного ледяного ядра - его зарастание тугоплавкой коркой;

5. Экспериментально изучить физико-механические, теплофи-зические свойства моделей тугоплавкой корки поверхности кометного ядра;

6. На основе данных лабораторных экспериментов с моделями ядра и наблюдений комет выявить наиболее вероятные варианты ледяного кометного ядра;

7. Исследовать эволюцию кометного ядра, зарастающего тугоплавкой коркой.

Глава 1. Состав и строение комет.

В этой главе приводится обзор работ, в которых изучаются природа, происхождение комет, возможный химсостав и структура кометного ядра. Обосновывается рабочая модель ядра. Современное представление о ядрах комет связано с идеей Вурма о родительских

молекулах к кометах, с идеей Уиппла о ядре кометы н виде конгломерата льдом м тугоплавких метеорных части. Ледяная модель ядра привела к новому подходу относительно происхождения комет -поясу Коннери, облаку Оорта. Открытие заплутомовых льдистых тел-объектов Центавра сильно укрепило позицию сторонников идеи Койпера, согласно которой на расстояниях 30-50 а.е. от Солнца существует резервуар комет, образовавшийся в Солнечной системе. Определенность в этом вопросе может быть внесена только после выяснения химсостава, структуры и свойств кометного ядра. Прогресс в этом направлении есть и он связан с применением новых наземных и космических методов и средств исследования комет, в том числе с историческими миссиями ВЕГА - 1, 2 и Джотто к комете Галлея в 1986 г. Большие надежды в решении этого вопроса возлагаются на предстоящим миссии к кометам и астероидам.

Основная информация о химсоставе, структуре и свойств кометного ядра получена косвенным путем на основе исследований газопылевой атмосферы комет, метеорных тел, связанных с кометами и в результате изучения динамики комет. Атмосфера кометы состоит, главным образом, из: нейтральной

органики: С, С2, Сз, СН, СЧ НСЫ, СНзСЧ НСО, Н2СО, СОз, СО, СБ;

неорганики: ЫН, ЫН2, МНз, ЫЬЦ Н, О, ОН, Н20, Б, Бг: металлов: Ыа, К, Са, V, МпГРе, Со, N11, Си,

ионов

органических: С+, СН+, СО+, С02+, СЫ+, СН4+, СНз+, СзНз+; неорганических: Ы2+, ОН+, Н20+, НзО+, (Н2СО)п+, N Н4+, ЫНз+,

5Н\ НзБ*; металлических: Са+, СБ+, С8г+.

Тугоплавкие вещества в кометах состоят', главным образом, из метеорных частиц п возможно органических веществ. Природа и структура пылевых частиц, видимо, сложна и возможно они подобны частицам Гринберга.

В атмосферах комет наиболее обильными являются атомарный водород Н, гидроксил ОН, молекулярный углерод С:, Сз и СК, К!Н;, СН. Производительность водорода Н и гидроксила ОН в кометах -103,) молек./с, на 2-5 порядка больше, чем производительность других молекул и она обеспечивается сублимацией водяного льда.

Реконструкция химсостава и структуры кометного ядра довольно сложная задача, тем не менее здесь имеются заметные достижения. Первоначальный уипловский вариант родительских молекул (Н;0, СОг, СН-4, ЫНз и СзЫд) существенно дополнен и сейчас в качестве родительских молекул комет предлагаются около ста веществ, включая сложные органические вещества, такие как нитрилы- НСЫ, СНзСЫ, альдегиды- Н2СО, СНзСО, органические кислоты- НСООН, СНзСООН, спирты- СНзОН, С2Н5ОН, аминокислоты- МНгСШС'ООН, СНзСМ(ЫНг)СООН и им подобные вещества. Считается, что основу кометных льдов составляет НзО (более 80 %), а все другие вещества в состав ядра входят как примеси и могут образовывать гидраты, клатраты и другие структуры, а минеральные частицы в объеме ядра составляют 10-15 %. Таким образом, ядро типичной кометы представляется телом 1-10 километрового размера из конгломерата •легкоплавких льдов различной химической природы и тугоплавких веществ, в первую очередь, минеральных метеорных частиц.

Очевидно, что дезинтеграция и эволюция такого сложного по химсоставу и структуре тела в поле фотонного и корпускулярного излучения Солнца имеет свои особенности. Для прогнозирования поведения такого тела необходимы достоверные данные о его свойствах, а их нет. Метод лабораторного моделирования комет

позволяет получить некоторую необходимую информацию о дезинтеграции и эволюции кометного ядра п возможных его свойствах и часть результатов в настоящей работе получена этим методом.

Глава 2. Лабораторное моделирование дезинтеграции кометного

ядра.

В конце пятидесятых и начале шестидесятых годов, в разных странах начались работы по моделированию кометных явлений в околоземном космическом пространстве и в лабораторных установках. В Физико-техническом институте им. Иоффе А.Ф. АН СССР, по инициативе его директора, академика АН СССР Константинова Б.П. была создана группа по лабораторному моделированию комет под руководством Е.А. Каймакова. Автор настоящей работы свои эксперименты по лабораторному моделированию кометных ядер начинал в этой группе, а затем продолжил их в лаборатории экспериментальной астрофизики Института астрофизики АН Таджикистана. Часть результатов - диссертации получена методом лабораторного моделирования и эта глава начинается с изложения основных положений метода лабораторного моделирования кометного ядра, методики экспериментов, описания вакуумных установок, на которых проводились эксперименты.

Изучена сублимация разных вариантов ледяной модели кометного ядра под действием фотонного излучения, имитирующего видимое солнечное излучение и получены количественные данные о равновесной температуре, скорости и теплоте сублимации этих вариантов ядра. При сублимации модели ядра из водяного льда, в условиях эксперимента, эквивалентных гелиоцентрическим расстояниям г < 0.6 а.е., на его поверхности, в результате перекристаллизации, образуются нитевидные структуры длиной до нескольких

миллиметров. Сублимации сопровождается выбросом ледяных частиц. При энергиях инсоляции Б (энергии светового пучка, падающего на поверхность модели ядра) 0.025-0.7 Вт/см: равновесная температура 'Г поверхности льда НзО соответствует 183-203 К.. Скорость сублимации Z этого льда в интервале Т 183-213 К находится в пределах (0.8-6.0) 1018 молек./см2 • с и соответствует теоретически максимальной (коэффициент сублимации а = 1), а теплота его сублимации Ь в указанном интервале температур равна 670 ± 20 Кал/г. При условиях эксперимента, эквивалентных г = ] а.е. (Е = 0.135 Вт/см-)?Т = 197 К и Ъ - 0.8 1018 молек./см2с,что совпадает с наблюдаемой скоростью газовыделения средней кометы на этом расстоянии от Солнца.

Для льда ССЬ в интервале энергий инсоляции 0.004-0.20 Вт/см2 (эквивалентные гелиоцентрические расстояния- кометы - 5.8-0.82 а.е.) равновесная температура поверхности лежит в пределах 114-132 К, а теплота сублимации равна 182 Кал/г. Скорость сублимации льда СОг в интервале температур 120-150 К в среднем на два порядка меньше теоретически максимальной и расхождение увеличивается с ростом температуры. Это явление объясняется нарушением критерия Кнудсена. При энергии инсоляции, эквивалентной инсоляции ядра кометы на гелиоцентрическом расстоянии г = I а.е. температура поверхности льда СОг равна 127 К, а скорость его сублимации соответствует 1.3 1018 молек./см2с, что также обеспечивает наблюдаемую скорость газовыделения комет.

Лабораторные эксперименты с моделью ядра из запыленного водяного льда позволили получить количественные результаты, характеризующие закономерности образования и фрагментации тугоплавкой минеральной корки (матрицы) на поверхности ядра и условия выброса фрагментов корки. Установлено, что при постоянной энергии инсоляции образование и разрушение корки происходит периодически и частота этого процесса быстро растет с ростом энергии

инсоляции и процесс становится квазинепрерывным. Нами была разработана методика дистанционного определения критической толщины Нк корки, по достижении которой она разрушается давлением сублимирующих молекул и получены количественные данные об Нк. Установлено, что Нк уменьшается с ростом энергии инсоляции Е, но растет с ростом концентрации пыли в составе льда. Экспериментально определены скорости выброса фрагментов корки и установлено, что вероятные скорости выброса этих фрагментов обычно меньше одного м/с и зависят, в первую очередь, от температуры льда и концентрации пыли в составе модели. Экспериментально измеренные скорости выброса фрагментов корки на 3-4 порядка меньше тепловых скоростей молекул. Плотности фрагментов корки-потенциальных метеорных тел ("пылевых комочков") меньше 1 г/см3. Температура Т такой модели ядра с квазинепрерывно разрушающейся коркой пропорциональна концентрации С пыли в составе льда

Т = То + & С, (1)

где То - значение Т при С = 0, к - постоянная для каждого сорта пыли.

В экспериментах с замороженными смесями Н2О+СО2 и НгО+ЫНз также получены количественные данные о температуре, скорости и теплоте сублимации и установлено, что при наличии нескольких процентов углекислоты в составе водяного льда сублимация модели сопровождается микровзрывным разрушением поверхности с выбросом ледяных частиц.

Глава 3. Численное моделирование дезпн геграцни кометного ядра.

На основе результатов экспериментов с моделью ядра выполнены детальные численные расчеты температуры и скорости сублимации кометного ядра гипотетических комет, имеющих орбиты типа орбиты кометы Энке (перигелийное расстояние ц - 0.329 а.е., эксцентриситет е = 0.8516, период обращения вокруг Солнца Р — 3.3 года) и орбиты кометы Галлея = 0.589 а.е, г = 0.9675, Р - 1Ь лет). Такой выбор обусловлен наличием достаточно обильного и надежного наблюдательного материала по этим кометам и необходимостью сравнения результатов лабораторных экспериментов и численных расчетов с данными, полученными во время космических миссий ВЕГА- 1, 2 и Джотто к комете Галлея. Результаты расчетов для ядер комет из льда НгО и из льда СО2 подтверждают современные представления о температуре и темпах дезинтеграции этих вариантов ядра. Результаты этих расчетов и результаты лабораторных исследований сублимации вероятных кометных льдов были использованы для определения времени жизни и векового падения блеска короткопериодических комет и фотометрического параметра комет п.

Расчеты времени жизни т кометного ядра, величины векового падения блеска Дш и фотометрического параметра п комет, который характеризует скорость изменения блеска кометы ш с изменением ее гелиоцентрического расстояния г, (Таблица 1) показывают, что время жизни подавляющего большинства вариантов ядра составляет несколько сот оборотов вокруг Солнца. Вековое падение блеска короткопериодических комет, с вариантами ядра, приведенными в Таблице 1, за счет уменьшения их радиуса незначительно и составляет Ю-3 - Ю-2 звездных величин за оборот. Приводимые в литературе большие значения Агп для ряда комет завышены, т. к. получены без

Таблица 1. Время жизни п фотометрические параметры комет, вычисленные по результатам лабораторного моделирования комегного

ядра.

Модель ядра Обь. конц. % и Кал/г Орбита кометы Энке Орбита кометы Галлея п

ДЯ, м т, об-ты Лш,10г зв. вел. ДЯ, м т, об-ты Дт.НН зв. вел.

н2о 100 670 2.76 361.2 0.60 2.02 496.2 0.44 3.4

СОг 100 182 5.48 184.9 1.80 3.95 253.3 0.86 3.4

CHзCN 100 267 8.90 112.3 1.94 6.50 153.9 1.42 3.7

СНзСОСНз 100 159 14.98 66.8 3.27 6.75 148.0 1.47 1.1

СНООН 100 178 9.34 107.0 2.04 6.82 147.7 1.49 1.3

Замороженные водные растворы

СО: (углекис-ты) 4.4 552 3.60 277.8 0.78 2.63 380.7 0.57 3.4

ЫНз (аммиака) 10.0 514 3.36 298.1 0.73 2.41 408.5 0.53 3.4

СНзСЫ (ацетонитр.) 75 50 25 353 395 350 5.81 4.68 3.36 172.2 213.8 279.2 1.26 1.02 0.73 383 3.41 2.45 262.6 292.4 407.9 0.83 0.74 0.53 1.0 1.6 2.0

СНзСОСНз (ацетона) 50 25 279 542 6.63 3.65 150.9 288.9 1.44 0.75 4.83 3.23 206.8 308.0 1.05 0.70 2.1 3.2

С2Н5ОН (этил, спир.) 75 50 25 368 426 470 6.45 4.33 3.92 154.9 230.6 254.5 1.41 0.94 0.86 4.71 3.16 2.87 212.4 316.5 348.5 1.02 0.68 0.62 3.1 2.5 1.5

СНзСООН (укс. кис-ты) 75 50 283 375 5.88 4.44 170.1 308.8 1.28 0.97 4.27 3.23 233.7 225.4 0.93 0.70 1.3 1.5

СНООН (мурав. к-ты) 50 316 5.25 190.4 1.14 3.84 260.8 0.83 1.8

СНзСООЫа (ацет.натрия) 1 5 10 21 705 726 770 867 2.62 2.30 2.30 1.91 380.6 435.5 435.5 523.0 0.57 0.50 0.50 0.41 1.27 1.68 1.68 1.39 579.9 596.7 596.7 716.8 0.37 0.36 0.36 0.30 2.3 1.3 1.5 1.6

учета условий видимости комет. Так для кометы Эмке по ее наблюдениям в течении почти 60 оборотов, нами получено среднее Дт = 0.08 звездных величин за оборот кометы вокруг Солнца. Влияние условий видимости комет на оценку их блеска показано нами на примере кометы Копфа. Тем не менее реальное вековое падение блеска большинства короткопериодических комет почти на порядок больше, чем теоретические (Таблица 1) и это невозможно объяснить только уменьшением радиуса ядра кометы вследствие сублимации льдов. Из вариантов ядра таблицы 1 только ядра из чистого льда Н:0, из чистого льда СО2, из чистого ацетонитрила (СНзСМ), нз водяного льда с незначительными примесями тугоплавких веществ и ядра из запыленного водяного льда в варианте квазинепрерывно разрушающейся корки, могут обеспечивать среднестатистическое значение фотометрического параметра комет п = 4 и по этому параметру они являются наиболее предпочтительными вариантами ядра средней кометы.

Глава 4. Пылевыделение из кометных ядер.

Эта глава посвящена изучению закономерностей пылевыделения из ядер естественных комет по наблюдениях пылевых хвостов комет. Рассматриваются особенности формирования пылевых хвостов в зависимости от механизмов пылевыделения в кометах. Основными источниками пыли хвостов комет являются ядро и голова кометы. . Вследствие сублимации льдов ядра в голову кометы, а затем в хвосты выносятся отдельные пылевые частицы, входящие в состав ядра или фрагменты тугоплавкой корки поверхности ядра. Кроме этого пыль может образовываться в голове кометы в результате конденсации и полимеризации из перенасыщенных паров.

Исследование пылевых хвостов комет, п том числе в рамках механической теории кометных форм, позволяет извлечь информацию о природе и свойствах пылевых частиц и условий их поступления в хвост кометы и выявить особенности дезинтеграции запыленного кометного ядра.

Эффективное ускорение 1 + ц пылевой частицы хвоста кометы зависит от ее размера 11 и при постоянных параметрах частицы не зависит от гелиоцентрического расстояния. Но при реализации разных механизмов пылевыделения в кометах с изменением гелиоцентрического расстояния кометы должны меняться параметры частиц (в первую очередь, их размер), поступающих в хвост кометы. Это изменение должно отразиться на средних значениях эффективного ускорения частиц хвостов и, следовательно, должна наблюдаться зависимость среднего значения 1 + ц частиц этих хвостов от гелиоцентрического расстояния кометы г.

Если доминирующим механизмом пылевыделения из кометного ядра является вынос газовым потоком несвязных между собой пылевых частиц (очень слабозапыленный лед, нет корки), то, согласно Уипплу, размеры выбрасываемых с поверхности ядра частиц растут с приближением кометы к Солнцу как И ~ г9'4. Частицы, образующие хвосты комет II и III типов (частицы с размерами 10 5 - 10 3 см), при реализации этого механизма пылевыделения выбрасываются с поверхности ядра сублимирующими молекулами воды уже на гелиоцентрических расстояниях 4-5 а.е. В интервале гелиоцентрических расстояний, где обычно наблюдаются эти хвосты (г < 3 а.е.), размеры частиц в них определяются размерами пыли в составе ядра и определенной зависимости 1 + ц от г нет.

Если источником пыли хвостов комет являются фрагменты корки поверхности ядра, то, как следует из наших экспериментов, должно наблюдаться уменьшение размеров этих фрагментов с приближением

кометы к Солнцу. В данной главе диссертации этот вариант рассмотрен подробно. Теоретически исследовано условие динамического равновесия корки поверхности ядра и получено следующее выражение для критической толщины корки:

Ик = Т^Ь \в 4аЬ°(Р< - ПУ2™*7', )7}, (2)

где:

В = а(Рс - Р0у~ ОЬ^ЪшЩ

а - коэффициент сублимации, Ь - постоянная, О - параметр, определяющийся свойствами корки (размеры и количество капилляров), характером течения газа в корке и температурой, Рс -сила сцепления корки с основной породой, отнесенная к единице площади, Ро - фактическое давление на поверхности корки, к -постоянная Больцмана и Т1 - температура под коркой на границе раздела лед-корка. Условием разрушения корки будет:

3 2 = 4 а Ъ Г> (Рс - Р0 )у/2 кт кТу (3)

При Рс << Р условие разрушения выполняется, а при Рс » Р - нет. Критическая толщина корки, при которой она разрушается давлением сублимирующих молекул будет:

<4>

Согласно (4), с приближением кометы к Солнцу Нк должна уменьшаться, т.к. скорость сублимации Z растет быстрее (экспонента), чем параметр Б. Наши лабораторные эксперименты (Гл. 2) подтверждают этот вывод. Если Нк и размеры фрагментов корки

существенно больше I микрона, то с приближением кометы к Солнцу I + ц частиц хвостов будет расти, а если Ilk существенно меньше I микрона, то 1 + ц частиц будет уменьшаться.

Если в кометах доминирует конденсационный механизм пылеобразования (включая и полимеризацию), то на интервале г, где испарением и распылением частиц можно пренебречь, средние размеры частиц, поступающих в хвост кометы, должны расти с приближением кометы к Солнцу, а их эффективные ускорения уменьшаться.

Нами разработан обобщенный метод решения обратной задачи механической теории кометных форм, который основан на самых общих свойствах этой теории. Получено уравнение, связывающее позиционный угол синхроны в хвосте кометы с возрастом частиц т, с элементами орбиты кометы и с условиями выброса частицы:

F,r(l + ccosv)cos^y + ¿j - psintp

3 I V = — 9 - —\1arctg

+ ecosv)cos^ + Яj + psin ip

где ф = V - VI - разность истинных аномалий кометы в моменты наблюдений и выброса частицы, V) - скорость частицы в момент выброса, ей р • соответственно, эксцентриситет и параметр орбиты кометы, а остальные обозначения вспомогательные. В случае параболической орбиты кометы (е = 1) и относительной начальной скорости выброса частицы из ядра g = 0 получим:

где

Л - sin ® 1 ( v Л

-—ctg—\ —+ Л

Л-sinp 2V2 )

(6)

(v-<p)( v v-<p 1 ,v 1 , v-pV \ Iv Л

v ^ 1 "■ '(l + cosiycosl- + AI

Истинная аномалия кометы, а затем и время выброса частицы находятся из:

2-3d2v '

(7)

где Ü2 - константа.

Выполнены детальные исследования пылевых хвостов комет 1965 VIII, 1970 II и 1976 VI этим методом и установлено, что выброс пылевых частиц в хвосты этих комет происходил непрерывно, а у комет 1965 VIII и 1976 VI еще и в виде синхронных выбросов частиц разных размеров из ядра, которые затем образовали концевые синхроны в хвостах II типа. У всех трех комет обнаружен рост средних значений эффективного ускорения с удалением кометы от Солнца. Такой эффект может вызвать испарение относительно легкоплавких частиц, например, агрегационной пыли (фрагменты солевых корок поверхности ядра) или конденсационный механизм образования пыли. Как следует из результатов лабораторных экспериментов (Гл. 2), на гелиоцентрических расстояниях, где наблюдались хвосты указанных комету с поверхности ядра могут выбрасываться ледяные частицы, но они, не доходя до хвоста, испаряются.

Глава 5. Активные процессы в кометных ядрах.

Кроме стационарной активности, поддающейся прогнозированию (Гл. 1-4), кометы проявляют и сильную нестационарную активность, часто не поддающуюся прогнозированию. Здесь существуют две основные причины. Первая из них связана с солнечной активностью и часть нестационарных явлений комет, таких как вспышки их блеска, плазменные неоднородности, можно объяснить

взаимодействием вещества комет с высокоэнергетичными частицами солнечного ветра и вмороженным магнитным полем этого ветра. Другая часть нестационарных явлений комет не коррелирует с солнечной активностью и связана с активными процессами в кометном ядре. Причинами нестационарной активности кометного ядра, ускоряющей темпы его дезинтеграции, могут быть деление ядра, столкновение отдельных частей ядра между собой, столкновение ядра с другими телами Солнечной системы, активные физико-химические процессы в ядре. Кометные ядра незначительны по размеру, окутаны газо-пылевым облаком и пока невозможно их наблюдать наземными средствами. В настоящей работе предпринята попытка выявить закономерности проявления нестационарной активности ядер комет.

Составлен каталог комет с признаками нестационарной активности ядра (деление ядра, газопылевые струи (джеты), га л осы, оболочки и другие неоднородности в голове, аномальные и синхронные хвосты, концевые синхроны в хвостах II типа, метеорные рои). Каталог включает 221 комету, в том числе 57 короткопериодических. Выполнено статистическое исследование условий возникновения нестационарной активности ядер комет и показано, что такая активность чаще всего обнаруживается у новых и долгопериодических комет и в районе перигелия их орбиты.

Изучены закономерности образования концевых синхрон в хвостах II типа комет, выявлены их общие свойства. Показано, что установившееся мнение об их попарном формировании несвойственно этим синхронам. У концевых синхрон всех комет (таких комет всего 7) наблюдается систематическое уменьшение максимального значения эффективных ускорений, возможно вызванное испарением частиц. Вещество концевых синхрон выброшено из ядер комет вблизи или в точке перигелия орбиты комет. Все кометы с концевыми синхронами в хвосте можно отнести к новым кометам, у них отмечена аномально

повышенная активность ядра и образование этих синхрон связано с активными процессами в ядре кометы, в первую очередь, с делением ядра. Похоже, что количество концевых синхрон в хвосте кометы может служить индикатором количества относительно крупных осколков ядра после его развала, который не всегда удается наблюдать с Земли.

Путем лабораторного моделирования, исследован один из возможных механизмов такой формы нестационарной активности ядра как образование газо- пылевых струй. Выполнены эксперименты с моделью ядра из водяного льда, содержащего локальные неоднородности из твердой углекислоты, из ацетона. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что наличие локальной неоднородности из более легкоплавкого вещества, чем НгО в составе ядра, при определенных условиях приводит к образованию этих струй на поверхности ядра.

Глава 6. Лабораторное моделирование дезинтеграции ядра с тугоплавкой коркой.

Разработан метод лабораторного моделирования зарастания кометного ядра тугоплавкой коркой и исследования физико-механических свойств этой корки при условиях максимально приближенных к реальным. В этой главе изложены основные принципы метода, методика экспериментов, дается описание установок, на которых проводились эксперименты. Большинство экспериментов по зарастанию кометного ядра коркой были выполнены при условиях, эквивалентных гелиоцентрическим расстояниям кометы в 1-3 а.е. Даже при этих ограничениях для получения корок нужной толщины непрерывный эксперимент для некоторых образцов модели ядра длился в течение двух - трех недель.

Были исследованы варианты модели ледяного ядра кометы, состоящие из конгломерата льда 11:0 и тугоплавких веществ. В качестве последних, согласно данным Главы 1, были выбраны минеральные частицы, органические вещества. Образцы модели ядра 'были приготовлены в цилиндрических кюветах путем замораживания смеси дистиллированной воды и тугоплавких веществ в парах жидкого азота. Температура и скорость сублимации образцов определялись по методике, примененной в Главе 2 , а толщина корки определялась двумя способами. Первый способ основан на экспериментальных данных о количестве сублимировавшегося льда из образца и исходной средней плотности льда в образце. Второй способ, более точный, основан на данных о температуре льда на разных глубинах модели ядра.

На рисунке 1 представлен типичный график зависимостей температуры Т и скорости сублимации Z модели ядра кометы из конгломерата водяного льда и' тугоплавких веществ от времени инсоляции I. Эксперименты показали, что с ростом корки скорость сублимации падает обратно пропорционально толщине корки, а на границе раздела корка - ледяное основание происходит скачок температуры. Лед под коркой почти термостатирован и его температура очень слабо зависит от толщины корки. Распределение температуры по толщине корки почти линейно. Перепад температур между подкорковым льдом и поверхностью корки толщиной в I см в отдельных случаях достигает 100 градусов.

Экспериментально установлено, что при постоянной энергии инсоляции толщина образующейся корки пропорциональна корню квадратному от времени инсоляции (Рис. 2, Таблица 2):

Н =-Сопв1. ? = Согт. г"2

(8)

<£> I

Тк

»1

0.5 мм з.о мм

°оо°о0оо I_[_

1.8

3.6

5.4

230 к 250

I, 10° с.

Рис. I. Зависимость температуры (•) и скорости сублимации (о) модели ядра из 1^0 + графитовые частицы от времени инсоляции. Обозначения: Тл - температура льда, Тк - температура корки, Ь - глубина. Энергия инсоляции Е = 0.86 КВт/м^.

I , Ю5 с.

Рис. 2. Зависимость толщины корки от времени инсоляции. Энергии инсоляции,соответственно 1.3, 0.86 и 0.32 КВт/м2.

Рис. 3. Зависимость скорости падения абсолютного блеска короткопериодических комет от перигелийного расстояния их орбиты.

Коэффициент диффузии газа сквозь поры корки зависит от температуры и свойств корки и находится в пределах 10 " - 10 й' м2/с. Пористость корки из минеральных частиц обычно находится в пределах 40-80 %, а пористость корок из' органических веществ составляет 96-97 процентов. В большинстве случаев плотность корок меньше 1 г / см3, а у корок из органических веществ ЭЬ - аланин, ОЬ -треонин и Ь - валин плотность ничтожна и составляет всего лишь 0.02- 0.03 г/см3.

По специальной методике был исследован коэффициент отражения видимого света от поверхностей модели ядра и модели корки. В частности, для поверхности корки из графитовых частиц получено, что коэффициент отражения равен 0.05.

Для исследования прочностных свойств моделей корки поверхности ядра были разработаны методика эксперимента и специальный прибор. Измерения прочностных характеристик моделей корки проводились в условиях, когда продолжалась сублимация образцов модели ядра, т.е. измерения проводились при условиях максимально приближенных к условиям реальных комет. Результаты представлены в таблице 2. Критическая прочность корок из органических веществ (2 - 5 кПа) оказалась на порядок меньше, чем у корок из минеральных частиц (15-40 кПа).

Для исследования теплопроводности моделей корок была изготовлена высоковакуумная камера большого размера, где были соблюдены самые основные требования по тепловому моделированию. Как и в предыдущем эксперименте, все измерения температуры моделей корок по их глубине проводились в высоком вакууме, когда продолжалась сублимация образцов. Эффективная теплопроводность корок (Табл. 2) незначительна и находится в пределах 0.04 - 0.1 Вт/м К.

Таблица 2. Физико-механические свойства моделей корки поверхности

кометного ядра.

Модель Е, г, п, Рк, Тл„ У Э.Ю10 Рк, Кэфф.,

корки кВт/м2 а.е. % кг/м3 К м2/с кПа Вт/мК

графито- 0.32 2 80 470 193 0.43 0.16 20 0.05

вые част. 0.86 1.3 80 470 224 0.57 2.0 14 0.07

1.30 1 80 470 232 0.53 5.3 15 0.08

кварце- 1.35 1 40 1360 39 0.08

вые част.

никеле- 1.35 1 60 3100 0.10

вые част:

0.92 1.2 97 22 219 0.51 1.7 2 0.05

аланин

ОЬ- 0.В6 1.3 96 31 220 0.52 1.7 5 0.05

треонин

Ь-валии о;8б 1.3 96 30 215 0.50 1.0 2 0.04

ср. у = 0.5 ± 0.07

Из анализа результатов наших лабораторных экспериментов и данных о поверхности ядра кометы Галлея, полученных во время миссий КА ВЕГА - 1, 2 и Джотто (альбедо 0.03 - 0.06, температура 320 - 400 К) следует, что темное вещество поверхности ядра этой кометы может состоять из графитоподобных веществ. Мы экспериментально исследовали возможность образования таких веществ на поверхности ядра. В высоковакуумной камере при низких температурах была смоделирована конденсация паров разных веществ и получены пленки льда из конгломерата льдов ШО + СОг и отдельно из конгломерата Н2О + С2Н2. Эти пленки, конденсированные на подложках,

бомбардировались ионами аргона энергией до 2 кЭв. Продукты распыления исследовались масс-смектральным методом и было установлено образование многочисленных положительных и отрицательных ионов и ионно-молекулярных кластеров. После полного испарения льдов на подложке оставалась темная очень тугоплавкая пленка. Масс-спектральный анализ вещества этой пленки показал, что она состоит, главным образом, из молекулярного углерода больших кластеров. Следовательно, в условиях комет графитоподобные тугоплавкие вещества (пылевые частицы, корка поверхности ядра) могут образовываться в результате ионно-молекулярных реакций под действием корпускул солнечного ветра.

Глава 7. Зарастание кто,четного ядра тугоплавкой коркой.

Из-результатов Главы 3 следует, что вековое падения абсолютной яркости большинства короткопериодических комет невозможно объяснить только уменьшением радиуса ядра кометы, а результаты Главы 6 привели к заключению о реальности образования тугоплавких веществ на поверхности кометного ядра и о его постепенном зарастании тугоплавкой коркой. Из теории пятнистой модели ядра следует, что у комет, ядра которых постепенного зарастают тугоплавкой коркой, вековое падение абсолютного блеска обусловлено этой коркой.

С целью выяснения структуры поверхности ядер короткопериодических комет мы выполнили исследование векового падения абсолютного блеска 52 короткопериодических комет. Из-за переменных условий видимости, различия методов наблюдений и других обстоятельств среднеквадратичные ошибки падения блеска части этих комет оказались значительными, достигая в отдельных случаях 50 процентов. Для анализа векового падения блеска были отобраны кометы, имевшие не менее четырех отнаблюденных

появлений, у которых среднеквадратичные ошибки в скорости падения блеска Н|»(в системе Всехсвятсгокого, где п - 4) составляли примерно 30%. Таких комет оказалось 27 с перигелийными расстояниями </ в пределах 0.33 - 2.5 а.е. (Таблица 3).

Таблица 3. Падение абсолютнго блеска короткопериодкческих комет.

N Кометы <7. л а, е ЕЮ Дт, Число

а.е. лет а.е. кал/см2 зв.вел. набл.

1 Энке 0.339 3.299 2.216 0.847 1.296 0.079 50

2 Де Ареста 1.283 6.546 3.449 0.633 0.708 0.137 12

3 Понса-Виннеке 0.993 5.944 3.281 0.697 0.789 0.250 17

4 Темпеля II 1.356 5.234 3.015 0.550 0.707 0.173 15

5 Фая 1.672 7.438 3.810 0.561 0.635 0.394 16

6 Кроммелина 0.742 27.79 9.175 0.919 0.859 0.306 6

7 Туттля 1.028 13.70 5.726 0.820 0.749 0.425 9

8 Вольфа I 2.070 7.655 3.884 0.467 0.589 0.679 11

9 Григга-Скиеллерупа 0.874 4.952 2.905 0.699 0.842 0.307 12

10 Брукса II 1.889 6.970 3.649 0.482 0.597 0.516 11

11 Копфа 1.620 6.428 3.457 0.531 0.651 0.309 10

12 Галлея 0.587 77.28 18.143 0.968 0.959 0.193 15

13 Боррели 1.415 6.941 3.693 0.611 0.679 0.361 10

14 Даниела 1.514 6.772 3.579 0.577 0.664 0.752 5

15 Де Вико-Свифта 1.336 5.751 3.210 0.584 0.705 0.144 4

16 Брорзена 0.610 5.505 3.118 0.804 0.977 0.319 5

17 Темпеля I 1.702 5.867 3.253 0.477 0.647 0.164 4

I' 1 'одолжение таблицы 3

18 Джонсона 2.236 6.777 3.581 (1.376 0.585 1.403 6

19 Уипила 2.472 7.453 3.8! 6 0.352 0.561 0.641 6

20 Рейнмута 1.960 7.506 3.834 0.489 0.600 0.510 6

21 Швассмана-Вахмана 11 2.134 6.494 3.484 0.387 0.596 0.299 7

22 Биелы 0.898 6.682 3.548 0.747 0.819 0.053 6

23 Комас Сола 1.772 8.541 4.175 0.576 0.614 0.393 6

24 Перрине-Мркоса 1.195 6.559 3.504 0.659 0.728 0.453 5

25 Туттля-Джа-коб. Кресака 1.137 5.338 3.054 0.628 0.754 0.101 5

26 Холмса 2.185 6.996 3.658 0.403 0.586 0.469 5

27 Финлея 1.027 6.747 3.571 0.712 0.773 0.317 9

Кометы таблицы 3 делятся на две группы (Рис. 3). Верхняя группа дает количественное согласие с теорией, следуя зависимости:

АН]0 = Con.it.дг(\ + е)" 2 (9)

Примерно подобная зависимость, но с несколько другими численными значениями констант получена для нижней ветви зависимости ДНю(<7). В системе координат, где перигелийное расстояние q и эксцентриситет е заменены энергией инсоляции Е единицы площади поверхности ядра кометы за один её оборот вокруг Солнца, имеем ДНю = Со1Ш| Е\ где к| = 3.19 ± 0.40 и к2 = 6.4 + 0.68. Ветви объясняются гранулометрическим составом пыли в ядре.

Таким образом, установленная нами зависимость скорости падения абсолютного блеска короткопериодических комет от периге-лийного расстояния их орбиты однозначно свидетельствует о постепенном зарастании ядер короткопериодических комет тугоплавкой

к Е-Г

Е -

о аО

-1 9

-7

3 о \

р. 1—'

о о

-I

> а. е.

Рис. 4. Результаты численного моделирования теплового режима, газопроизводительности и толщины корки поверхности ядра кометы. Модель ядра: + графитовые частицы, радиус ядра- 5 км, плотность- 10^ кг/м^, период, вращения вокруг оси- 53 ч., минимальный размер частиц в составе ядра- 10"^ см, начальная толщина корки-10"^ см, пористость корки- 80 %, теплопроводность корки- 0.05 Вт/мК, альбедо поверхности- 0.05, критическая прочность-корки- 10 кПа. Орбита кометы типа орбиты кометы Галлея. Обозначения: Тл- температура льда, Тк -температура поверхности корки, Р- давление насыщенного пара, Z- скорость сублимации льда и Н- толщина корки.

N , обороты

Рис. 5. Зависимость толщины корки и скорости падения блеска короткопериодической кометы от числа оборотов вокруг Солнца.

коркой. Этот вывод впоследствии получил подтверждение во время космических миссий ВЕГА - I, 2 и Джотто к комете Галлея. которыми, в частности, установленное распределение частиц по размерам в атмосфере кометы (Н348^|5) согласуется с нашими результатами. На основе данных наблюдений комет, результатов лабораторных экспериментов с моделями кометного ядра и данных, полученных во время миссий космических аппаратов к комете Галлея, нами выполнено численное моделирование зарастания ядра короткоперио-дической кометы тугоплавкой' коркой и получены количественные данные, характеризующие темпы эволюции кометного ядра в астероидоподобное тело. Расчеты выполнены для ядра кометы, обращающегося вокруг Солнца по орбите типа орбиты кометы Галлея.

Из результатов численного моделирования (Рис. 4) следует, что при сплошном зарастании ядра тугоплавкой коркой уже после первого оборота кометы вокруг Солнца на поверхности ядра образуется корка толщиной более 5 см и газопроизводительность кометы резко падает на несколько порядков. Температура льда Н;0 под коркой не превосходит 230 К, слабо зависит от гелиоцентрического расстояния г и очень слабо зависит от толщины корки. Температура поверхности корки меняется с г примерно как Т ~ г"2 и в точке перигелия орбиты (« 0,6 а.е.) температура подсолнечной части поверхности достигает 470 К. Сравнение результатов лабораторных экспериментов с моделью ядра из ЬЬО с графитовыми частицами и численного моделирования с данными ВЕГА - 1,2 и Джотто дают основание считать, что при г я 0,8 а.е. (расстояние кометы в момент пролета КА через голову кометы ) максимальная температура поверхности корки ядра кометы Галлея соответствует 360 ± 10;К|Газо- и пылепроизводительность кометы Галлея невозможно объяснить моделью ядра, сплошь покрытого тугоплавкой коркой. Пятнистая модель ядра или модель ядра с квазинепрерывно разрушающейся поверхностной коркой может

объяснить газо- и пылепроизводительность кометы Галлея и многих других комет. Для разрушения корки с прочностными характеристиками, приведенными в таблице 2, достаточно, чтобы в составе подкоркового водяного льда ядра было несколько процентов веществ, более легкоплавких, чем водяной лед, например, несколько процентов углекислоты или окиси углерода и им подобных веществ, которые наблюдены в атмосфере кометы Галлея. В противном случае, при сплошном зарастании ядра тугоплавкой коркой, через несколько десятков оборотов короткопериодической кометы вокруг Солнца она превратится в астероид 16-18 звездной величины (Рис. 5). В работе получено соотношение, описывающее темпы такой эволюции кометы:

где f - просвет в корке, h min - минимальный размер частиц в корке, N -число оборотов кометы вокруг Солнца.

Угасшие кометы-астероиды могут проявить себя как комета, если произойдет обнажение части поверхности ядра, например, вследствие столкновения с другими телами. Имеются наблюдательные факты такого проявления - комето-астероид Хирон, комета Харингтона-Вилсона и некоторые другие объекты, зарегистрированные как астероиды. Предполагается, что'часть околоземных астероидов, часть астероидов группы Апполона и Амура являются угасшими кометами. Обнаружение таких объектов и исследование их свойств имеет важное значение в решении проблемы происхождения и эволюции малых тел Солнечной системы и их генетической связи.

В заключении диссертации приводятся основные вывода работы, дается целостная картина дезинтеграции и эволюции кометных ядер и отмечаются перспективные направления исследований ядер комет различными методами, в том числе методом лабораторного моделирования.

(10)

В конце диссертации приводится список цитированной литературы, состоящий из 442 наименований.

Апробации работы.

Представляемая диссертационная работа отражает содержание 40 научных статей. Все статьи докладывались и обсуждались на семинарах Лаборатории эксперимнтальной астрофизики и Отдела физики комет и астероидов Института астрофизики Академии наук Республики Таджикистан (АН РТ), на семинаре "Солнечная система" этого института. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на заседаниях Ученого совета Института астрофизики АН РТ в виде научных докладов. Результаты и выводы работы в разные годы докладывались на: '

Всесоюзной конференции по физике и динамике малых тел Солнечной системы (Киев, Украина, 1972), Всесоюзной конференции по проблемам комет и астероидов (Киев, Украина, 1974), Девятой Всесоюзной конференции по физике и динамике комет и астероидов (Киев, Украина, 1976), Всесоюзном семинаре "Физика Солнечной системы" (Нахичевань, Азербайджан, 1979), Всесоюзной школе наблюдателей комет по программе "Беннет" (п. Научный, КрАО, Крым, Украина, 1980), Всесоюзной конференции по физике и динамике малых тел Солнечной системы (Душанбе, Таджикистан, 1982), Всесоюзной конференции по физике комет (Киев, Украина, 1983), Совещаниях советской программы исследования кометы Галлея СОПРОГ (Киев, Украина, 1983, 1984), Всесоюзной конференции по физике и динамике комет (п. Научный, КрАО, Крым, Украина, 1984), Семинаре Отдела Межпланетной материи Астрономического института Словацкой Академии наук (Братислава, Словакия, 1984), Всесоюзных Бредихинских чтениях (Николаев, Украина, 1986,

Ленинград, Пулкоио, ГАО ЛИ СССР, Россия, 1989), Всесоюзных Всехсвятскпх чтениях (Кнен, Украина, 1985, 1990), Семинаре Отдела физики планет Института космических исследований АН СССР (Москва, Россия, 1987), Семинаре астрофизического отдела Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе АН СССР (Ленинград, Россия, 1989), Итоговой конференции по программе СОПРОГ (Чернигов, Украина, 1988), Семинаре секции "Солнечеая система" Астрономического совета АН СССР (Москва, Россия, 1989), Всесоюзном семинаре-совещании "Лабораторное моделирование комет" (Душанбе, Таджикистан, 1989), Всесоюзной конференции "Методы исследований движения, физика и динамика малых тел Солнечной системы" (Душанбе, Таджикистан, 1989), Всесоюзном совещании "Солнечная система" (Ленинград. Пулково, ГАО АН СССР, 1990), Международном симпозиуме "Исследование кометы Галлея" (Гейдельберг, Германия, 1986), Международном симпозиуме "Сходство и различие комет" (Брюссель, Бельгия, 1987), 27-ом Генеральном съезде Международного комитета по исследованию космоса (КОСПАР) (Хельсинки, Еспоо, Финляндия, 1988), Международной конференции "Межпланетная материя" (Прага, Чехословакия, 1987), Международной конференции "Кометы в После-Галлеевской Эре" (Бамберг, Германия, 1989), Международном совещании по проекту РОЗЕТТА (Гейдельберг, Германия, 1989), Семинаре Института космического моделирования Немецкого научного центра (Кельн, Германия, 1989), Семинаре Мюнстерского университета (Мюнстер, Германия, 1989), Семинаре в Научном центре в г. Кельн (Кельн, Германия, 1989), 30-ой Генеральной ассамблее КОСПАР (Гамбург, Германия, 1994), 31-ой Научной ассамблее КОСПАР (Бирмингем, Англия, 1996), 7-ом Азиатско-Тихоокеанском Региональном собрании Международного астрономического союза (MAC) (Пусан, Южная Корея, 1996), Международной конференции по физике

конденсированных сред (Душанбе, Таджикистан, 1997). на 23- й Генеральной ассамблее Европейского геофизического общества (ЕГО) (Нитца, Франция, 1998), на Коллоквиуме 168 МАС "Кометные ядра в пространстве и времени" (Нанкин, Китай, 1998), на Колоквиуме 173 МАС "Эволюция и источники астероидов и комет" (Татранска Ломница, Словакия, 1998).

Основное содержание диссертации изложено в следующих статьях:

1. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И. Новый метод решения обратной задачи механической теории кометных форм // Бюлл. Института астрофизики АН Тадж. ССР, 1968, Ыо.50, С. 20-21.

2. Ибадинов Х.И., Хвост кометы Икепя-Секи 1965 Г после перигелия //Доклады АН Тадж. ССР, 1967, Т. 10, Ыо. 4, С. 15-16.

3. Ибадинов X. Исследование хвоста кометы 1965 Г Икеня-Секи // Кометы и метеоры, 1968, N0. 16, С. 6-10.

4. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И. О главном хвосте кометы Икейя-Секи 1965 Г // Бюлл. Института астрофизики АН Тадж. ССР, 1968, N0. 49, С. 28-31.

5. Каймаков Е.А., Ибадинов Х.И. К вопросу о действии света на запыленные льды Н Кометы и метеоры, 1971, N0. 20, С. 9-13.

6. Ибадинов Х.И., Каймаков Е.А. Образование и разрушение пылевых матриц при сублимации запыленного льда // Кометы и метеоры, 1970, N0.19, С. 20-24.

7. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И. Разрушение поверхностной пылевой матрицы кометного ядра // Доклады АН Тадж. ССР, 1971, Т. 9, N0. 12, С. 16-19.

8. Ибадинов Х.И. Исследование истечения вещества по наблюдениям хвоста кометы Беннетта 1969 \ // Доклады АН Тадж. ССР, 1971, Т. 14, N0.4, С. 18-21.

9. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И. Размеры пылевых частиц атмосферы комет и гелиоцентрическое расстояние // Доклады ЛИ Таджикской ССР, 1972, Т. 15, N0. 2, С. 15-18.

10. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И., Алиев С. Сублимация моделей кометного ядра из твердого СО: и замороженных водных растворов некоторых органических соединений // Доклады АН Тадж. ССР, 1979, Т. 22, N0. 6, С. 346-348.

П. Ибадинов Х.И., Алиев С. Исследование дезинтеграции модели кометного ядра из льда СО: путем лабораторного моделирования // Кометы н метеоры, 1980, N0. 27, С. 12-23.

12. Ибадинов Х.И. Исследование пылевого хвоста кометы 1970 11 в рамках механической теории кометных форм // Кометы и метеоры,

1980, N0. 27, С. 32-44.

13. Ибадинов Х.И. Обобщенный метод решения обратной задачи механической теории кометных форм // Доклады АН Тадж. ССР,

1981, Т. 24, N0. 1, С. 22-27.

14. Ибадинов Х.И. Прочность пылевых матриц, образующихся при сублимации запыленных льдов // Кометы и метеоры, 1982, N0. 34, С. 19-23.

15. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И., Алиев С., Герасименко С.И. Время жизни ледяных кометных ядер и вековое падение блеска периодических комет // Доклады АН Тадж. ССР, 1983, Т. 26, N0. 1, С. 25-29.

16. Ибадинов Х.И., Алиев С. Лабораторное исследование сублимации модели ядра кометы из конгломерата льдов НгО.СОг и ЫНз// Кометы и метеоры, 1984, N0. 36, С. 35-37.

17. Назарчук Г.К., Ибадинов Х.И. Крупномасштабные явления в хвосте кометы Галлея // В Сб. Рекомендации к наблюдениям кометы Галлея в 1985-1986 гг. 4.1. (Информационное сообщение по программе

СОПРОГ, hi,iii. 2). -'Киен-Москна. ih-bo All СССР, All УССР. РАО All УСС1', 19X4, < '. 23-38.'

18. Ибадипо» Х.П., Алией С., Рахмонов А.Л. Матрицы сверхнизкой плотности и прочности на поверхности ледяных кометных ядер // Кометный циркуляр, - Киев, 1984, No. 330, С. 3-4.

19. Добровольский О.В., Ибадинов Х.И., Герасименко С.И. Вековое падение блеска и строение ядер периодических комет II Доклады АН Тадж. ССР, 1984, Т. 27, No. 4, С. 198-200.

20. Ибадинов Х.И., Алиев С.А., Рахмонов А.А. Скорость образования и физико-механические свойства органических матриц на поверхности моделей кометного ядра // Доклады АН Тадж. ССР, 1985, Т. 28, No. 1, С. 21-24.

21. Dobrovolsky O.V., Ibadinov Kh.I., Aliev S., Gerasimenko S.I. Thermal regime and surface structure of periodic comet nuclei // In: Exploration of Halley's comet (Proc. 20 th ESLAB Symp., B. Battrick, E.J. Rolfe and R. Reinhard eds.). - The Netherlands, 1986, ESA SP-250, V.II, P. 389-394.

22. Ibadinov Kh.I, Aliev S. Sublimation characteristic of H2O comet nucleus with CO2 impurities // In: Diversity and Similarity of Comets (E.J. Rolfe and B. Battrick eds.). The Netherlands, 1987, ESA SP-278, P. 717719.

23. Ibadinov Kh.I., Rahmonov A.A., Aiiev S.A. Laboratory investigation of thermal conductivity of dust crust model on the ice comet nuclei surface// In: Interpanetary mater (Z. Ceplecha and P. Pecina eds.). Czechoslovakia, Praha, 1987, P. 55-57.

24. Ibadinov Kh.I., Aliev S.A., Rahmonov A.A. Physical-mechanical properties of matrixes on the comet nuclei surface models // In: Diversity and Similarity of Comets (E.J. Rolfe, B. Battrick eds.). The Netherlands, ESA SP-278, 1987 P. 713-716.

25. Ибадппо» Х.И.. 1'ачмонов Л.Л. Лабораторное моделирование поверхностного слоя ядра кометы Галлея// Комешми циркуляр, I9KX, No. 395, С. 4.

26. Температура кометных ядер из льдов ЬЬО и СО: // Кометы п метеоры, 1989 No. 39 С. 9 -16. ИеЗл иноъ У, И,} .4/Н1Сй с.

27. Ибадпнов Х.И., Нознмов О.Н. Возраст и эффективные ускорения частиц концевых синхрон хвоста кометы 1976 VI // Кометы и метеоры, 1989, No. 39, С. 17-25.

28. Ибадинов Х.И., Алиев С.А., Рахмонов А.А. Устройство прибора и техника измерения прочностных свойств матриц в вакууме при лабораторном моделировании кометных явлений // Кометы и метеоры, 1989, No. 39, С. 31-35.

29. Ibadinov Kh.l., Rahmonov A.A., Bjasso A.SH. Laboratory simulation of cometary stuctures II In: Comets in the Post - Halley Era (R.L. Newburn Jr. et al. eds.). Dordrech / Boston / London , 1991, V. 1, P.299-311.

30. Хашимов H.M., Ибадинов Х.И., Шоекубов Ш.Ш. Масс-спектральное исследование ионного распыления ледяных моделей кометных ядер // Кометы и метеоры, 1989, No. 39, С. 29-30.

31. Ibadinov K.I. Laboratory investigations of the sublimation of comet nucleus models // Adv. Space Res., London 1989, V.9 (3), P. 97-112.

32. Ибадинов Х.И. Зарастание кометного ядра тугоплавкой коркой// Доклады АН Республики Таджикистан, 1993, Т.36, No. 3, С. 182-185.

33. Ibadinov Kh.l. The surface structure of short period comets nuclei // In: Meteoroids and their Parent bodies (J.Stohl and I.P. Williams eds.). Slovakia, Bratislava, 1993, P. 373-376.

34. XamuMon П.M., Ибадингж X.I !.. Шоекубон III.111. Лабораторное исследование нтможиости ofipa ¡онания тугоплавких веществ в кометах //Доклады Al 1 Республики Таджикистан, 1994, Т. 37, No. 1, С. 16-19.

35. Ibadinov Kli.L, Ralimonov A.A., Hashimov N.M., Shoyokubov Sh. Sh. Some possible properties of cometary nucleus surface inferred from simulation experiments // Abstracts 31 th COSPAR Scintific Assembly, 1421 July, 1996. - England, Birmingham. 1996, P. 63.

Ibadinov Kit.I., Rahmonov A.A., Hashimov N.M., Shoyokubov Sh. Sh. Some possible properties of cometary nucleus surface inferred from simulation experiments// Adv. Space Res., London 1977,

36. Ибадпнов Х.И. Физико-механические и теплофизические свойства кометных ядер // В сб. Физика конденсированных сред (тез. докладов одноименной международной конференции), Душанбе, 1997, С.48.

37. Ибадпнов Х.И. Свойства поверхности кометного ядра, вытекающие из результатов лабораторного моделирования // В сб. Труды IV Съезда Европейско-Азиатского астрономического общества,

Москва, МГУ, ГАИШ, 1998, С. 306-315.

38. Ибадпнов Х.И. К вопросу о природе и происхождении концевых синхрон комет // Доклады АН РТ, 1998 (статья в печати).

39. Ibadinov Kh.I. The general properties and formation cause of the dust bands in II type cometary tails // Abstracts 23 th General Assembly of the European Geophysical Society, France, Nice, 20-24 April, 1998.

Ibadinov Kh.I. The general properties and formation cause of the dust bands in II type cometary tails // In: Physics and Chemistry of the Earth, 1998 (статья в печати).

40. Ibadinov Kli.l. Comctary nucleus simulation in the Tajikistan // Abstracts 16S Colloquium оПЛИ. ( hiñe, Nanjing. IK-22 May I'm. I\ 16.

ibadinov Kh.l. Comctary nucleus simulation in the Tajikistan // In: Cometary nucleus in Spase and Time, 1998, Chine-USA (статья в печати).

В работах [1, 4, 17, 26] диссертанту принадлежат разработка метода, часть наблюдении кометы 1970 II, постановка задачи, методические разработки и исследования пылевых хвостов комет и интерпретация результатов. В работах [5, 6] диссертанту принадлежат методические разработки, результаты экспериментов и их интерпретация. В работах [11, 16, 18, 20, 22, 23-28, 33, 34] диссертанту принадлежат постановка задач, общая разработка метода и конструкции установок и прибора часть результатов экспериментов и их интерпретация. Диссертант принимал непосредственное участие в изготовлении установок н приборов и в экспериментах. В работах [15, 19, 21] диссертанту принадлежат постановка задачи, интерпретация результатов. Диссертант принимал непосредственное участие в сборе, систематизации и обработке данных и в численных расчетах. В работах [7, 9] диссертанту принадлежат теоретические исследования и интерпретация результатов.

Текст научной работы диссертации и автореферата по астрономии, доктора физико-математических наук, Ибадинов, Хурсандкул Ибодинович, Душанбе

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ АСТРОФИЗИКИ

На правах рукописи

ИБАДИНОВ ХУРСАНДКУЛ ИБОДИНОВИЧ

УДКтб

ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ КОМЕТНЫХ ЯДЕР

Специальность - 01.03.03 - Гелиофизика и физика Солнечной системы

Диссертация на соискании ученой степени доктора физико-математических наук

Душанбе-1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................5

ГЛАВА 1. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ КОМЕТ....................................19

1.1. Происхождение комет............................................................19

1.2. Состав и свойства кометных атмосфер.................................26

1.3. Состав и свойства кометного ядра........................................39

1.4. Основные выводы.................................................................. 48

ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КОМЕТНОГО ЯДРА.........................50

2.1. Метод лабораторного моделирования кометных

явлений...................................................................................50

2.2. Исследование сублимации модели-ядра из льда ШО............59

2.3. Исследование сублимации модели ядра из льда СО2............63

2.4. Сублимация модели ядра из запыленного льда Н20............66

2.5. Скорости выброса фрагментов пылевой корки.................... 73

2.6. Исследование сублимации модели ядра из замороженных водных растворов...................................................................75

2.7. Основные выводы.................................................................. 80

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ

КОМЕТНОГО ЯДРА.......................................................... 82

3.1. Температура и темпы дезинтеграции кометного ядра из льда Н2О...................................................................................82

3.2. Температура и темпы дезинтеграции кометного ядра из льда СО2...................................................................................89

3.3. Время жизни кометных ядер...................................................94

3.4. Фотометрические параметры комет..................1..................101

4. ■ |

3.5. Основные выводы...............................i................................ 108

ГЛАВА 4. ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ КОМЕТНЫХ ЯДЕР...............109

4.1. Механизмы пылевыделения и особенности формирования пылевых хвостов кометы..................................................... 109

4.2. Обобщенный метод решения обратной задачи механической теории кометных форм...............л.......................................121

4.3. Исследование условий пылевыделения из ядер ярких комет по наблюдениям их пылевых хвостов......................................132

4.4. Основные выводы.................................................................151

ГЛАВА 5. АКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОМЕТНЫХ ЯДРАХ.... 152

5.1. Нестационарная активность ядер комет и ее проявление... 152

5.2. Кометы с признаками нестационарной активности ядра... 156

5.3. Концевые синхроны в пылевых хвостах и активные процессы в ядрах комет........................................................................ 179

5.4. Статистика нестационарной активности кометных ядер... 188

5.5. Лабораторное моделирование образования газо-пылевых струй на поверхности кометного ядра...................1.............192

5.6. Основные выводы.................................................................195

ГЛАВА 6. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ЯДРА С ТУГОПЛАВКОЙ КОРКОЙ.....................197

6.1. Методика и техника лабораторного моделирования зарастания кометного ядра тугоплавкой коркой............................197

6.2. Результаты исследований зарастания моделей ядра тугоплавкой коркой.............................................................................201

6.3. Лабораторные исследования прочностных свойств моделей

корки поверхности ядра........................................................207

6.4. Лабораторное исследование теплопроводности моделей корки поверхности кометного ядра............................................214

6.5.Лабораторное моделирование возможного механизма образования тугоплавких веществ на поверхности кометного

ядра..........................................................................................218

6.6. Основные выводы.............................;...................................225

i '1

ГЛАВА 7. ЗАРАСТАНИЯ КОМЕТНОГО ЯДРА ТУГОПЛАВКОЙ

КОРКОЙ..............................................................................227

7.1. Падение абсолютной яркости и структура поверхности ядер

короткопериодических комет.............................................227

7.2. Тепловой режим и темпы дезинтеграции ядра, зарастающего тугоплавкой коркой.............................................................234

7.3. Эволюция кометного ядра в астероидоподобное тело........241

7.4. Основные выводы............................................................... 245

ЗАКЛЮЧЕНИ Е..........................................................................247

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................255

ВВЕДЕНИЕ '

Кометы занимают особое место в Солнечной системе по многим причинам. Во-первых, по темпу развития и морфологическим особенностям они совершенно отличаются от других трл Солнечной системы. Во-вторых, кометы крайне нестационарные объекты в этой

системе. В третьих они, возможно, представляют реликтовое вещество, входившее в состав протопланетного облака.

Типичная комета состоит из твердого ядра, газо-пылевой головы, газового и пылевого хвостов [1-5]. В момент открытия комета обычно выглядит как туманное пятнышко с центральным сгущением, где и находится ядро кометы. По мере приближения кометы к Солнцу, т.е. к перигелию своей орбиты ее яркость растет (в среднем со скоростью обратно пропорциональной четвертой степени гелиоцентрического расстояния), развивается голова кометы, образуются плазменный и пылевые хвосты длиной десятка, а иногда сотни миллионов километров. После перигелия орбиты, когда комета удаляется от Солнца, весь процесс идет в обратном направлении - падает яркость кометы, уменьшаются размеры головы и хвостов кометы и обычно на расстояниях г ~ 5 - 6 а.е. от Солнца комета вновь превращается в туманное пятнышко с центральным сгущением. Несмотря на огромные размеры масса комет, по сравнению с массой больших планет, ничтожна и концентрирована в небольшом по размеру ядре кометы.

Нестационарность комет проявляется в виде вспышек их яркости, газо-пылевых струй (джетов), берущих начало в ядре, галосов и оболочек в голове кометы, плазменных неоднородностей и

синхронных образований, соответственно в плазменном и пылевом

хвостах, делении ядер и т. п. Часть из этих нестационарных явлений связана с активными процессами на Солнце и поэтому кометы как индикаторы солнечной активности могут быть использованы при решении других фундаментальных и прикладных задач. Другая часть

нестационарных явлений комет связана со свойствами кометного ядра и особенностями его дезинтеграции и эволюции.

Вся информация о кометном ядре получена косвенным путем и в настоящее время ядра комет представляются в виде твердого тела

размером от сотни метров до десятка километров, состоящего из смеси замерзших газов и тугоплавких пылевых частиц. Эта модель ядра известна как ледяная модель Уиппла [6,7] и она, в принципе, качественно и количественно объясняет кометные явления [8]. Дезинтеграция такого ядра происходит в высоком и сверхвысоком вакууме под действием, главным образом излучения Солнца. Из-за незначительности гравитации ядра сублимирующие молекулы разлетаются в межпланетное пространство, увлекая с собой пылевые частицы с поверхности ядра. Так образуется газо-пылевая атмосфера кометы.

Существуют сведения о наблюдениях примерно 2000 комет. Более половины из них наблюдались всего лишь однажды [9], а около 50% комет имеют эллиптические орбиты и являютя постоянными членами Солнечной системы. Поэтому кометы еще делят на новые и периодические. Периодические .кометы, в свою очередь, делятся на долгопериодические с периодом более 200 лет и короткопериодические с периодом менее 200 лет.

В принципе существуют два варианта эволюции ядер периодических комет:

1. Дезинтеграция ядра под действием излучений Солнца до

полного его распада с образованием, в промежутке, кометных газо-

пылевых атмосфер, межпланетной газовой и пылевой составляющей, в том числе метеороидных роев;

2. Сублимация льдов и постепенное зарастание ядра тугоплавкой коркой и превращение кометы в астероидоподобное тело.

Целью настоящей диссертационной работы является изучение закономерностей дезинтеграции и эволюции кометного ядра.

В работе применяется три метода исслёдований:

Метод лабораторного моделирования кометных явлений; Теоретические исследования и численное моделирование; Обработка и интерпретация наблюдений комет.

В работе сформулированы крупные задачи и поставлены конкретные цели:

2. Экспериментально изучить закономерности пылевыделения из ядра-конгломерата льдов и тугоплавких частиц;

4. Лабораторно моделировать один из вариантов эволюции кометного ледяного ядра - его зарастание тугоплавкой коркой;

6. На основе данных лабораторных экспериментов с моделями ядра и наблюдений комет выявить наиболее вероятные варианты

ледяного кометного ядра; !

7. Исследовать эволюцию кометного ядра, зарастающего тугоплавкой коркой.

1. 2. 3.

Актуальность работы:

Проблемы происхождения комет и их генетической связи с другими малыми телами Солнечной системы, открыты и их решения тесно связаны с решением проблемы родительских молекул в кометах, химсостава и структуры кометных ядер. Достоверных данных о химсоставе, структуре и физических свойствах кометного ядра пока нет. Открытия кометообразных объектов на периферии Солнечной системы (объекты из пояса Койпера) вроде бы проливают свет на проблему происхождения комет.

Результаты миссий космических аппаратов ВЕГА-1, ВЕГА-2 и Джотто к комете Галлея в 1986 г. показали, что исследования атмосферы и ядра кометы "на .месте" ( in situ ) является наиболее информативным методом. Состав и свойства кометного ядра необходимо исследовать с помощью аппаратуры, сажаемой на поверхность ядра. Такой сложный эксперимент предусмотрен и будет осуществлен в начале следующего века (проект РОЗЕТТА). Существует и другой достаточно эффективный метод исследования кометного ядра - метод лабораторного моделирования, в разработке которого принимал участие и автор настоящей работы. Этот метод менее дорогостоящий и его необходимо применять при изучении комет и детально исследовать особенности дезинтеграции кометных ядер и их эволюцию. Накопилось достаточно много экспериментальных данных о моделях кометного ядра и назрела необходимость в разработке методов проверки их достоверности. Эволюцию комет необходимо рассматривать в совокупности всех существующих наблюдательных, экспериментальных и теоретических результатов.

Научная новизна проведенных исследований:

1. Развит метод лабораторного моделирования кометных явлений. Разработан метод получения моделей тугоплавкой корки поверхности кометного ядра и исследования их физико-механических и тепло физических свойств.

2. Разработаны и созданы экспериментальные установки для лабораторного моделирования дезинтеграции ледяного кометного ядра. Экспериментально изучена сублимация наиболее вероятных льдов кометного ядра и получены количественные данные о температуре, скорости и теплоте сублимации этих льдов. Экспериментально установлен выброс ледяных частиц с поверхности ледяной модели кометного ядра.

4. Определены время жизни короткопериодических комет, вековое падение их абсолютного блеска и фотометрический пареметр комет п на основе результатов лабораторных экспериментов с различными вариантами ядра кометы. Придложены варианты ядра, наиболее обеспечивающие газопроизводительность средней кометы и среднестатистический параметр комет.

5. Разработан метод выявления доминирующего механизма пылевыделения в кометах. Разработан обобщенный метод решения обратной задачи механической теории кометнвых форм и реализован на практике. '

6. Теоритически получено условие динамического равновесия тугоплавкой корки поверхности кометного ядра и ее критической толщины. Установлены два варианта дезинтеграции и эволюции ядра с такой коркой.

7. Выявлены закономерности формирования пылевых хвостов трех комет и условия пылевыделения в этих кометах. Подтвержден экспериментальный вывод о квазинепрерывном истечении пыли из чдер комет. Установлено систематическое уменьшение значений эффективных ускарений частиц пылевых хвостов этих комет.

8. Составлен каталог комет с нестационарно активными ядрами. Выявлены некоторые закономерности проявлений активных процессов в кометных ядрах. Установлена связь образования концевых синхрон с активными процессами в кометных ядрах. |

9. Экспериментально, при условиях максимально приближенных к условиям реальных комет, изучена зарастание кометного ядра тугоплавкой коркой и установлены закономерности этого процесса. Получены колличественные данныё о физико-механических и теплофизических свойствах моделей корки поверхности ядра.

11. Установлена зависимость скорости падения абсолютного блеска короткопериодических комет от перигелийного расстояния их орбиты. Получено косвенное наблюдательное подтверждение наличия тугоплавкой корки на поверхности ядер части короткопериодических комет. '

12. Получены колличественные г данные и соотношения, характеризующие эволюцию короткопериодической кометы в астеро-идоподобное тело.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развитие метода лабораторного моделирования комет. Метод получения и исследования моделей тугоплавкой корки поверхности ядер комет,

2. Результаты лабораторного моделирования дезинтеграции ледяного кометного ядра. Исследования физико-механических, теплофизических свойств моделей тугоплавкой корки поверхности ядра.

3. Методы решения обратной задачи механической теории кометных форм и выявления доминирующего механизма пылевыделе-ния в кометах с извлечением информации об условиях и закономерностях пылевыделения из ядер реальных комет.

4. Вывод о 1 существование двух путей эволюции ядер короткопериодических комет, вытекающий из наблюдаемой статистической закономерности падения их абсолютного блеска.

5. Результаты лабораторного и Численного моделирования эволюции ледяного кометного ядра с тугоплавкой коркой.

Научное и практическое значение работы:

В работе получены новые результаты по дезинтеграции

кометного ядра, установлены новые закономерности эволюции ядра, развита физическая теория комет, разработаны новые методы исследований комет, созданы экспериментальные установи для лабораторного моделирования комет, выполнены эксперименты и получены новые количественные данные о свойствах различных вариантов ледяного кометного ядра и особенностях их сублимации. Теоретические и экспериментальные выводы проверены данными наблюдений комет, т.е. результаты исследований применены

одновременно на практике при изучении дезинтеграции и эволюции комет.

Часть эксперементальных результатов о свойствах модели кометного ядра использованно для интерпретации данных полученных, КА ВЕГА-1,2 и Джотто и используется для подготовки проекта РОЗЕТТА.

Разработанные в работе методы, созданные и действующие экспериментальные установки могут успешно использоваться для изучения различных процессов, происходящих в кометах, на поверхности астероидов, для изучения процессов, происходящих на спутниках планет, на'самых планетах, для изучения мерзлых грунтов и ледников на Земле, для изучения особенностей сублимации легкоплавких веществ. С помощью разработанных нами методов и на

созданных нами установках уже сейчас проводятся экспериментальные работы по некоторым из перечисленных направлений. В частности, начато исследование воздействия солнечного ветра на кометные льды и получены важные результаты о механизмах образования ионно-молекулярных кластеров в космосе. 1

Полученные в работе экспериментальные данные о равновесных

температурах, теплотах и коэффициентах сублимации различных льдов и данные о теплопроводности, механической прочности моделей тугоплавкой корки поверхности кометного ядра и коэффициенте диффузии газа имеют самостоятельное значение и могут быть использованы при решении задач астрофизики, низкотемпературной физхимии, материаловедении и для модернизации теории фазовых переходов. Наконец, из работы следует, что метод лаб