Лед и скалы не зеленые, как и хвосты. Так откуда же берется зеленый цвет кометы?
Время от времени с чрезвычайной регулярностью кометы погружаются из-за орбиты Нептуна внутрь Солнечной системы. Находясь далеко за пределами орбиты Сатурна, они остаются холодными, замороженными и в спящем состоянии; хотя они всегда движутся, в них ничего не меняется. Но когда они начинают приближаться к орбите Юпитера, нахождение в непосредственной близости от Солнца меняет дело.
Внешние части кометы нагреваются, замороженные льды на поверхности начинают сублимировать, а излучение и ветер Солнца начинают отталкивать поверхностные молекулы. Вскоре ваша комета светится не только отраженным от Солнца светом, но и двумя хвостами - серым и синим - и жуткой зеленой комой вокруг центра. Вот почему это происходит.
Кометы состоят из смеси каменистых компонентов, подобных тем, что составляют мантию Земли, пыль и льды. Под льдом понимается не только водяной лед (H2O), но и летучие компоненты, такие как сухой лед (твердый CO2), метан (CH4), аммиак (NH3) и окись углерода (CO). Миссия Rosetta исследовала весь набор кометных льдов, но это большая пятерка. В типичных холодных условиях льды остаются замороженными, но когда комета приближается к Солнцу, они начинают нагреваться.
Первое, что происходит с кометой, когда она приближается к Солнцу, это то, что количество падающего на нее ультрафиолетового света становится достаточно большим, чтобы она могла начать ионизировать самую слабую молекулу: окись углерода. Это создает обилие ионов CO+, которые текут прямо от Солнца. Он превращается в синий ионный хвост и является первой кометоподобной особенностью, которая появляется, когда комета начинает нагреваться.
Ионный хвост всегда направлен прямо в сторону от Солнца и всегда синего цвета. Однако по мере того, как комета приближается к Солнцу, где-то вокруг орбиты Марса, она нагревается еще больше. По мере того, как ядро кометы нагревается, все больше льдов тает и диффундирует от поверхности, создавая большой рассеянный набор частиц вокруг ядра. Эта диффузная область известна как кома кометы и состоит из смеси газа и пыли.
После создания этой комы у нее нет другого выбора, кроме как попасть под солнечный свет. Давление солнечного света, падающего на кому, выталкивает частицы пыли из комы и от Солнца, создавая второй желто-белый хвост: пылевой хвост. Хотя синий ионный хвост всегда направлен прямо в сторону от Солнца, пылевой хвост изгибается, когда комета движется по своей эллиптической орбите вокруг Солнца.
Ионный хвост узкий, так как все ионы определенного типа имеют одинаковый размер. Пылевой хвост широкий, поскольку частицы пыли различаются по размеру и, следовательно, имеют разные скорости. И, наконец, от кометы могут отрываться крупные частицы, создавая так называемый поток обломков. Этот поток продолжит движение по той же эллиптической орбите, по которой следует комета, но со временем расширится по пути. Когда планета (например, Земля) проходит через поток обломков, возникает метеоритный дождь. Да, Земля не единственная планета, которая их испытывает; даже на таких мирах, как Меркурий, без атмосферы могут быть метеоритные дожди!
Но кома больше, чем пыль. Существует также газ, созданный из сублимированных соединений, которые были частью кометы. На этом теле не просто лед и камни, а более сложные молекулы, состоящие из этих фундаментальных строительных блоков: в основном водорода, кислорода, углерода и азота. Особый интерес представляют две молекулы: цианид/цианоген (CN: связь углерод-азот) и двухатомный углерод (C2: связь углерод-углерод).
Этот бирюзовый или сине-зеленый цвет возникает потому, что когда эти газы стимулируются ультрафиолетовым светом, присутствующим в солнечном свете, связанные с ними электроны переходят на более высокие энергетические уровни: основное правило атомных переходов. Но электроны не остаются навсегда в более высоком энергетическом состоянии; они опускаются на более низкие энергетические уровни. И когда это происходит, некоторые из этих переходов приводят к появлению линии излучения, попадающей в ту часть электромагнитного спектра, к которой чувствительны человеческие глаза.
Когда вы видите этот зеленый цвет, это показатель комбинации вещей:
- что кома содержит большое количество молекул CN и C2,
- что комета активна (выделяет газ) и теплая (близка к Солнцу), и
- что вероятность раскола или извержения крайне высока.
По состоянию на 9 августа всего в 70 миллионах миль (113 миллионов километров) от Земли находится относительно близкая комета: комета C/2017 S3 (PANSTARRS). У него зеленое свечение, сейчас оно относительно яркое и все еще движется к Солнцу. Ее называют кометой «Невероятный Халк» из-за ее зеленого цвета.
Но он не злится и не является чем-то необычным. В то время как его самое близкое сближение с Землей было 7/8 августа, его самое близкое сближение с Солнцем произойдет только 15 августа, и это будет, когда его ледяное ядро, скорее всего, расколется на части, что иногда случается. Всякий раз, когда происходит подобное событие, появляется захватывающая возможность невероятного увеличения яркости кометы. Несмотря на то, что он находится относительно близко к Солнцу, он все еще виден в ночном небе из большинства мест на Земле.
Если он испытает такое извержение, он может стать видимым, несмотря на его близость к Солнцу, невооруженным глазом.
Непосредственно перед рассветом утром 15 августа будет лучший шанс увидеть это, если нам повезет, и мы получим яркое событие из любой точки Земли. (включая Южное полушарие!)
Но даже несмотря на то, что с этой кометой дела обстоят не очень хорошо, всегда есть шанс, что она нас удивит. Кроме того, черты, которые можно ожидать от этой кометы - ионный хвост, пылевой хвост, кома и ядро - являются общими практически для всех комет, входящих в нашу внутреннюю часть Солнечной системы. Когда комета становится достаточно теплой, она создает вокруг своего ядра расширенное, богатое газом облако, известное как кома. Если кома содержит связи углерод-азот и углерод-углерод, ультрафиолетовый свет Солнца возбуждает электроны внутри него, заставляя их излучать зеленое свечение, когда их энергия падает. И всякий раз, когда вы видите это зеленое свечение, знайте, что есть шанс, что ядро кометы расколется на части. Этого может не случиться в этот раз или даже в большинстве случаев, но есть шанс на визуально захватывающее шоу. Когда дело доходит до наблюдения за небом, трудно желать большего.