Встреча с кометой Галлея

Министерство  образования и  науки Российской Федерации

ГОУ ВПО

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра геологии и защиты в чрезвычайных ситуациях 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА  по дисциплине

«Опасные природные процессы»

на  тему

«Встреча с кометой Галлея» 

                              

Выполнила: студентка группы ЗЧС – 08

                     Шатилина Ю.С.

Проверил: Болтыров В.Б. 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ---------------------------------------------------------------------------------------------------3

Комета Галлея в семье комет-----------------------------------------------------------------------------4

История открытия кометы Галлея-----------------------------------------------------------------------6

1910 год. Земля  проходит через хвост кометы  Галлея----------------------------------------------9

Природа и происхождение  кометы  Галлея----------------------------------------------------------12

Последствия встречи  с кометой Галлея---------------------------------------------------------------14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ--------------------------------------------------------------------------------------------18

Список используемой литературы---------------------------------------------------------------------19

Приложение-------------------------------------------------------------------------------------------------20

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

    Кометы – тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со

светлым сгустком-ядром  в центре и хвостом. Они представляют собой остаточный

материал, образовавшийся при зарождении нашей Солнечной  системы. Кометы

состоят из различных  видов льда – замерзших воды, метана, аммиака и

углекислого газа. В эту ледяную смесь заключены  песочная пыль, крупные камни

и куски металла. Все эти материалы входили  в межзвездное облако, из которого

образовались  Солнце и планеты. Кометы - самые  эффектные и самые загадочные

тела Солнечной  системы. Такими они были на протяжении всей истории

человечества, такими остаются и до настоящего времени. В  течение последних

300 лет астрономы  узнали многое о кометах, о  физическом строении и химическом

составе их атмосфер, об эволюции их орбит и научились с большой точностью

предсказывать возвращение периодических комет. Однако целый ряд вопросов

кометной астрономии - физическое строение и химический состав ядер, процессы,

происходящие  в голове и хвосте кометы во время  ее стремительного полета

вблизи Солнца, - до сих пор остаются без ответа; данные, которыми располагает

наука, пока не позволяют  выходить за рамки гипотез.

Объектом номер "один" для космических исследований целым рядом стран избрана

комета Галлея - самый активный старожил среди  большого семейства

короткопериодических  комет.

    Комета Галлея - первая в истории астрономии, для которой был достаточно точно

определен период обращения вокруг Солнца (он меняется в пределах от 74 до 79

лет). Это исключительно  важное открытие было сделано выдающимся и

разносторонним английским ученым Эдмундом Галлеем, имя которого благодарное

потомство сохранило  за удивительной кометой. С кометой  Галлея связано

окончательное торжество закона всемирного тяготения; она - единственная из

периодических комет, движение которой было прослежено по историческим

документам в  прошлом, и ее история благодаря  этому насчитывает 22 века.

Комета  Галлея в семье  комет 

    Многочисленная семья комет Солнечной системы относится к группе малых тел, к

которой также  принадлежат малые планеты (астероиды) и огромное количество

метеорных тел. Но в отличие от других малых тел  кометы обладают удивительной

способностью  при приближении к Солнцу развивать  из сравнительно небольших по

размерам ядер (1 - 5 км) громадные газово-пылевые  оболочки (атмосферы),

превосходящие по своей протяженности все известные  объекты Солнечной системы,

включая Солнце.

    Среди комет самая знаменитая и широко известная, о которой, вероятно, слышали

все, - комета Галлея. В чем же кроется секрет такой популярности и почему эта

комета  представляет такой  интерес для науки? Если ответить кратко, то – в

сочетании параметров орбиты с удивительной "молодостью", черты которой комета

проявила во всех известных науке появлениях, на протяжении по крайней мере

более двух тысячелетий. Кроме того, орбита кометы почти  касательна к орбите

Земли.

    Среди короткопериодических комет можно найти кометы достаточно близкие по

одному или  двум параметрам к комете Галлея –  по периоду обращения и по

эксцентриситету. И тем не менее об этих кометах никто (кроме специалистов) не

слыхал и тем  более ни для одной из них не обнаружено ни одного появления в

исторических  хрониках. Комета Галлея в этом отношении явление исключительное!

Особенности орбиты кометы Галлея выделяют ее из всех периодических  комет. А

сравнительно  кратковременное пребывание в окрестности  Солнца при возвращении

к перигелию  – раз в 76 лет! – позволяют  ей сохранить в значительной степени

нерастраченным тот, по-видимому, громадный запас "горючего материала",

который комета получила при своем "рождении" и который так щедро тратит при

встречах с Солнцем. Это обстоятельство в значительной мере и привлекает к ней

внимание исследователей.

    Средний период обращения кометы вокруг солнца, как уже говорилось, составляет

Р=76 лет. Однако он может колебаться из-за планетных возмущений в пределах

нескольких лет: от 74,4 г. (оборот 1835 – 1910) до 79,2 г. (оборот 451 – 530).

    Источником грандиозных голов и хвостов кометы Галлея, наблюдавшихся

различными поколениями  жителей Земли в ее многочисленных появлениях, является

почти трехкилометровое ледяное ядро, загрязненная снежная  глыба или ком,

состоящий в основном из водяного льда с примесью льдов других жидкостей и

газов и твердой  компоненты из пыли и более крупных  минеральных фрагментов.

С кометой Галлея связано два метеорных потока: Акварид и Орионид. Первый

поток Акварид наблюдается ежегодно с 21 апреля по 12 мая, достигая максимума

активности 5 мая, когда Земля находится в непосредственной близости от орбиты

кометы Галлея. Однако указанный поток труднодоступен для наблюдений в

северном полушарии, так как его радиант восходит пред утром и кульминирует в

светлое время. Зато в южном полушарии он является вторым по активности. Перед

самым рассветом, когда восходит созвездие водолея, в начале мая можно

увидеть, как  по темному небу быстро скользят красивые яркие метеоры,

порожденные кометой Галлея. В среднем один такой метеор наблюдается каждые 2

– 3 минуты.

Второй поток  – Ориониды – тоже ежегодный, наблюдается с о 2 октября по 7

ноября, достигая максимума 21 октября, когда Земля  приближается к орбите

кометы Галлея, попадая в разреженные части  метеорного роя, сопутствующего

комете. Пространственная плотность Орионид в 7 раз меньше Акварид, но этот

поток даже кажется  более обильным, чем майские Аквариды, из-за того, что

радиант Орионид поднимается высоко над горизонтом. В это время красивое

зрелище пролета  яркого метеора по ночному небу можно  наблюдать примерно через

каждые 2 минуты. Оба потока считаются одними из самых  древних и длительных.

      

История открытия кометы Галлея 

    История кометы Галлея, теряющаяся в глубине веков, уже триста лет интересует

астрономов. За это время были изучены европейские, китайские, японские,

вьетнамские хроники  и русские летописи, накоплен богатый  исторический

материал о  появлении комет, из которого удалось  путем тщательного и

скрупулезного анализа выделить то, что относится  к комете Галлея.

    Кометная астрономия не знает ни одной периодической кометы, для которой

удалось бы в  хрониках найти до ее открытия хотя бы одно упоминание, одно

наблюдение. Только комета Галлея удостоилась этой чести, и ее история, ее

движение с  большой точностью теперь прослежены в прошлое не на один, не на

два, – а на 30 оборотов – более чем на 2 тысячи лет!

    Эдмунд Галлей (1656 – 1742) – английский астроном, один из руководителей

обсерватории  в Гринвиче, математик, востоковед, геофизик, инженер,

мореплаватель, переводчик, издатель, дипломат. Он жил  в бурную, богатую

научными и  общественно-политическими событиями  эпоху. Был другом Ньютона,

который, открыв закон всемирного тяготения, считал, что кометы движутся

вокруг Солнца по параболическим орбитам в соответствии с этим законом. Ньютон

опубликовал методику расчета этих орбит, и, используя  эту методику, Галлей

рассчитал орбиты для большого числа комет, появление  которых было

зафиксировано к тому времени, т. е. наблюдавшихся в промежутке с 1337 по 1698

год.

    В 1705 г. Галлей опубликовал "Обзор кометной астрономии". Он непрерывно собирал

и обдумывал  материал, проводил утомительные вычисления, готовя к публикации

один из основных трудов своей жизни, доставивший  ему неувядаемую славу. Эта

работа, как пишет  он сам, "плод обширного и утомительного  труда".

    В результате этих расчетов выяснилось, что орбиты трех комет, появлявшихся

соответственно  в 1531, 1607 и 1682 годах, очень схожи между собой.

     О  существовании периодических комет в то время никто еще не подозревал, и

Галлей вычислял орбиты в предположении, что кометы движутся по очень

вытянутым эллипсам, близким к параболам. Из этого  можно было сделать два

вывода: либо допустить, что в пространстве по параболическим орбитам, очень

близким друг к другу, движутся три кометы (поразительная случайность), либо

предположить, что  это появление одной и той  же кометы. И Галлей делает

чрезвычайно смелое, необычное для того времени предположение.

     "Довольно многое заставляет меня думать, - пишет он, - что комета 1531 г.,

которую наблюдал Аппиан, была тождественна с кометой 1607 г., описанной

Кеплером и  Лонгомонтаном, а также с той, которую я сам наблюдал в 1682 г.:

все элементы сходятся в точности, а разность периодов не столь велика, чтобы

ее нельзя было приписать каким-нибудь физическим причинам".

    Он правильно увидел причину небольших расхождений элементов орбиты кометы в

возмущающем влиянии больших планет и, в первую очередь, Юпитера и Сатурна.

Определив среднюю  величину для периода для этой кометы, Галлей нашел, что она

должна вернуться  к перигелию либо в конце 1758, либо в начале 1759 года.

Удостовериться  лично в этом ему не удалось, он умер в 1742 г.

      Вся последующая история кометы Галлея и ее появление в 1759 г. связана с

именем Алексиса Клеро (1713 – 1765), одного из самых выдающихся математиков

Франции, в 25 лет  ставшего академиком.

    По предложению члена Парижской Академии наук Жозефа Лаланда (1732 – 1807)

Клеро первоначально  собирался, руководствуясь идеей Галлея, учесть влияние

Юпитера на комету лишь на небольшой части ее орбиты, когда оба тела были

близки друг к другу. В конце концов обнаружилось, что точное решение задачи

невозможно без  учета влияния Сатурна, масса  которого лишь в три раза меньше

массы Юпитера. Объем задачи и связанные с  нею трудности, казалось,

превосходили  человеческие силы.

    

      В процессе этого труда Клеро разработал первый математический метод

численного исследования движения кометы в поле тяготения  Солнца с учетом

возмущений от двух больших планет – Юпитера  и Сатурна. Для помощи в

проведении вычислений Клеро обратился к Лаланду, обладавшему большим опытом

вычислений, который, в свою очередь, привлек к этой работе Николь-Рейн-Этабль

де Лабрийер Лепот (1723 – 1788) – женщину, всецело преданную науке, жену

знаменитого тогда  конструктора и теоретика часовых  механизмов.

    Благодаря самоотверженному и героическому труду этого замечательного трио,

гигантская по своим масштабам работа была закончена  вовремя. Правда, в

течение полугода все трое работали, не щадя здоровья и сил и не считаясь со

временем, всё отдавая вычислениям.

    Пришел наконец долгожданный 1758 год. Все астрономы мира жаждали получить

подтверждение предположения, высказанного Галлеем. Честь открытия кометы

выпала на долю немецкого астронома-любителя Палича. В рождественскую (25

декабря) 1758 г. ночь ему посчастливилось поймать  эту комету в объектив

своего небольшого телескопа с фокусным расстоянием 2,4 метра. Это был первый

случай удачного поиска кометы астрономом-любителем. А  также первый успех в

использовании телескопа для поиска комет.

    Таким образом, был установлен факт существования короткопериодических комет,

которые подобно Венере, Юпитеру, Земле и другим планетам являются членами

Солнечной системы, движущимся в космическом пространстве вокруг Солнца под

действием его  притяжения.

    В память о заслугах Галлея эта комета и стала носить его имя. Впоследствии

она появлялась и приближалась к Солнцу в 1835, 1910 и 1986 годах.

      
 

1910 год. Земля проходит  через хвост кометы  Галлея 

     Еще в 1835 г. были названы две даты следующего возвращения кометы Галлея к

перигелию в 1910 г. – 9 мая (Розенбергер) и 24 мая (Понтекулан). В 1907 –

1908 гг. гринвичские  астрономы Ф. Г. Коуэлл (1870 – 1949) и А. К. Кроммелин

(1865 – 1939) опубликовали  предварительные результаты своих  вычислений

(начатых с  целью проверки данных Понтекулана), в соответствии с которыми

момент прохождения  через перигелий приходился на 8 апреля. В своих

вычислениях они  впервые использовали численное  интегрирование с переменным

шагом, что значительно  повышало точность вычислений и уменьшало  их объем.

Были учтены возмущения от Венеры, Земли, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Убедившись в  том, что предсказание Понтекулана нуждается в уточнении, Коуэлл

и Кроммелин предприняли новые, более точные, вычисления с 1759 по 1910 гг. и

опубликовали  новый момент прохождения через  перигелий – 17 апреля 1910 г.

поиски кометы начались почти за полтора года до этой даты – с начала 1909 г.

– но долго оставались безуспешными. Комету в созвездии  Рыб обнаружил 11

сентября 1909 г. Макс Вольф – директор Гейдельбергской обсерватории. 15

сентября комету наблюдали визуально с помощью  крупнейшего в мире метрового

рефрактора Йерксской обсерватории (США, Чикаго). Уже первые наблюдения

показали, что  поправка к результатам Коуэлла и Кроммелина составляет 3 дня,

т. е. точность предсказания осталась на уровне прошлого появления.

     Коуэлл и Кроммелин тщательно проверили свои вычисления, повторили их с

уменьшением вдвое  шага интегрирования, увеличили точность и устранили

некоторые мелкие ошибки. Тем не менее для момента прохождения через перигелий

было получено значение лишь немного лучше данного  ими ранее, а именно Т=17,51

апреля 1910 г. После  соответствующего анализа они пришли к выводу, что по

крайней мере 2 дня  из оставшегося расхождения не могут  быть объяснены

ошибками вычислений, неточным знанием положений больших  планет или их масс.

Сейчас мы знаем, что причина этих расхождений  кроется в действии

негравитационных  сил.

     Взаимное положение Земли и кометы при этом появлении было таково, что утром

19 мая комета  точно располагалась между Солнцем  и Землей на расстоянии 22,5

млн. километров от Земли. Так как длина хвоста кометы Галлея к этому времени

превышала 30 млн. км, то Земля, двигаясь по своей орбите, должна была пройти

через ее хвост. Сообщения об этом проникли в широкую  печать.

В это время  с помощью спектрального анализа  было твердо установлено, что в

составе кометных атмосфер наблюдались молекулярные полосы циана, угарного

газа и других соединений. Поэтому быстро распространились слухи об отравлении

земной атмосферы  опасными для здоровья людей ядовитыми  кометными газами.

Газеты запестрели тревожными сообщениями о большой  опасности, которая грозит

человечеству 19 мая 1910 г.

      Как и предсказывали астрономы, Земля 19 мая 1910 г. "столкнулась" с хвостом

кометы Галлея. Однако даже самые чувствительные приборы  не зафиксировали

никаких необычных  явлений в атмосфере Земли, которые  можно было бы однозначно

связать с этим событием. Это лишний раз подтверждало издавна известную

астрономам истину, что кометы – это "видимое ничто", через которое без всяких

последствий и  прошла наша Земля. Так что волна  страха, прокатившаяся по

многим странам  в мае 1910 г., не имела под собой  никакой почвы.

     Пройдя через хвост кометы Галлея, Земля сыграла роль своеобразного зонда. К

сожалению, ученые в то время не располагали космическими ракетами (до запуска

первого искусственного спутника Земли оставалось еще более 47 лет). Между тем

тогда достаточно было подняться над земной атмосферой, чтобы оказаться

непосредственно в кометном хвосте и собрать некоторое  количество кометной

пыли и газа для анализа.

     Следует отметить, что Земля уже неоднократно проходила через хвосты комет и

эффект всегда был одним и тем же – никакого влияния на процессы в земной

атмосфере вещество хвостов различных комет не оказывало.

     Астрономы, а также многие любители астрономии внимательно следили за всеми

изменениями, происходившими в хвосте и голове кометы Галлея с момента ее

открытия М. Вольфом 11 сентября 1909 г. и до последнего наблюдения 15 июня

1911 г.

      За весь период наблюдений кометы Галлея при ее появлении 1909 – 1911 гг. было

получено более  тысячи ее астронегативов, более сотни спектрограмм, много

сотен рисунков кометы и большое число определений  ее экваториальных координат

в различные  моменты времени. Весь этот богатый  материал позволил детально

исследовать характер движения кометы по орбите, изучить  изменение блеска и

геометрических  размеров головы и хвоста с изменением гелиоцентрического

расстояния, изучить  типы хвостов, структурные особенности  и химический состав

головы и хвоста, а также ряд других физических параметров ядра кометы и

окружающей его  атмосферы.

     Основные итоги изучения громадного и разнообразного материала, состоящие из

26 пунктов, были  опубликованы Бобровниковым в  1931 г.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Природа и происхождение  кометы Галлея 

     Элементы орбит комет претерпевают значительные изменения при сближениях

кометы с планетами. Особенно же сильная трансформация  кометной орбиты

происходит при  тесных сближениях комет с одной  из планет-гигантов. Это

обстоятельство  необходимо обязательно учитывать  при исследовании вековых

изменений элементов  орбит комет как в прошлом, так и в будущем. Такие расчеты

позволяют установить, откуда кометные ядра приходят во внутренние области

Солнечной системы, а также решить проблему происхождения  короткопериодических

комет. Совместными  усилиями таких выдающихся астрономов, как Эпик, Оорт,

Марсден, Секанина, Эверхарт, К. А. Штейнс, Е. И. Казимирчак-Полонская была

доказана реальность существования на периферии Солнечной  системы неистощимого

резервуара кометных ядер, которое получило название "облака Эпика – Оорта".

Как образовалось кометное облако Эпика – Оорта на окраинах Солнечной системы?

В настоящее  время общепринятой является гипотеза гравитационной конденсации