Домочадцы или чужестранцы?

Чтобы узнать, как, когда и где рождаются косматые светила - кометы, прежде всего надо знать, являются ли они домочадцами в Солнечной системе или же чужестранцами, которые приходят к нам из межзвездных областей. Вам может показаться излишним такой вопрос в отношении только что описанных ко-роткопериодических комет. Но, быть может, в необозримо обширной семье комет, снующих по Солнечной системе в таком же числе, как рыбы в океане, по выражению Кеплера, есть кометы и того и другого рода. Возможно, что периодические кометы - приемыши Солнца или что, наоборот, непериодические кометы - дети Солнца, норовящие сбежать из родного дома.

Увы, решить этот вопрос оказалось не так просто, хотя над его разрешением трудится уже много поколений ученых. Есть целый ряд затруднений в этом вопросе, которые не удалось еще преодолеть. Собственно говоря, надо решить два вопроса. Первый из них: есть ли вообще в настоящее время кометы, действительно движущиеся по разомкнутым орбитам - параболам или гиперболам? Второй вопрос: могут ли возмущения со стороны планет превратить эллиптическую орбиту кометы в гиперболическую или наоборот? Строго параболические орбиты сами по себе совершенно невероятны, так как для движения по ним комета должна иметь совершенно определенную скорость. Достаточно самого ничтожного отличия ее скорости от этого значения, и орбита будет уже либо эллиптической, либо гиперболической. Правда, и та и другая будут очень близки к параболической орбите. Другими словами, эксцентриситет орбиты, близкой к параболе, может отличаться от эксцентриситета параболы (равного единице) на ничтожно малую дробь, скажем, на одну тысячную или даже еще меньше.

Если посмотреть формально на список элементов кометных орбит, то, например, среди 111 комет, открытых после 1900 г. (которые наблюдались точнее и орбиты которых вычислены поэтому более строго), у 48 отличие от параболической орбиты найти не удается. Среди остальных 63 у 33 эксцентриситеты больше и у 30 меньше, чем 0,990. Первые 33 орбиты близки к параболическим, и у 15 из них эксцентриситет слегка больше единицы. Можно ли быть уверенным в том, что это действительно так?

Мы наблюдаем кометы только на том участке их пути, где они близки к Солнцу и к Земле. Если орбита велика, то этот участок крайне мал в сравнении со всей длиной орбиты. В пределах точности наших наблюдений мы не можем с уверенностью или даже совсем не можем отличить на таком участке гиперболу с эксцентриситетом, чуть большим единицы, от крайне вытянутого эллипса с эксцентриситетом, чуть меньшим единицы. Они почти сливаются. Иначе говоря, через точки, представляющие наблюденные положения кометы в пространстве, с учетом возможной неточности их определения, мы можем одинаково хорошо провести и гиперболу и эллипс с большим периодом обращения.

Так как орбит резко гиперболического типа с эксцентриситетом, заметно большим единицы, ни у одной кометы не обнаружено, то можно думать, что в действительности их и вообще нет. Другое соображение, говорящее в пользу того же, следующее. Тип орбиты тела зависит от его скорости на данном расстоянии от притягивающего центра. По отношению к ближайшим звездам Солнечная система несется со скоростью 20 км в секунду. Эта скорость, складываясь со скоростью комет, несущихся к нам навстречу из межзвездного пространства, обусловила бы для них резко гиперболические орбиты, каких вовсе не наблюдается.

Тщательные вычисления Стремгрена и его сотрудников в Копенгагене показали следующее. Для 16 комет были учтены возщгщения со стороны Юпитера и Сатурна. Орбиты 15 из этих комет до того, как они сблизились с Юпитером и Сатурном и находились на расстоянии Нептуна от Солнца, были эллиптическими. Лишь когда какая-либо из этих комет приближалась к Юпитеру или Сатурну, последние своим притяжением увеличивали ее скорость и делали ее орбиту параболической или слегка гиперболической. Только после этого мы комету и обнаруживали как таковую, ибо до этого она была слишком далеко от нас и не была видима. Таким образом, эти кометы были членами Солнечной системы, пока Юпитер не вышвырнул их из нее, заставив двигаться по гиперболам. К сожалению, мы не имеем все же полной уверенности в том, что таково происхождение всех комет, которые представляются непериодическими.

И все же отрицать возможность того, что некоторые кометы, хотя бы и очень редко, приходят к нам от других звезд, нельзя. Ведь если кометы выбрасываются из нашей Солнечной системы, то они могут попасть после этого в другую Солнечную систему. А почему тогда к нам не могут прийти кометы, выброшенные таким же образом из других солнечных систем?

Короткопериодические кометы, из которых подавляющее большинство находится в связи с Юпитером, как показывает теория, могли образоваться (вследствие производимых им возмущений) из комет, имевших раньше очень большие периоды обращения, а таких комет - большинство.

Результат возмущающего действия Юпитера зависит от того, какова скорость кометы при ее сближении с Юпитером. Тут играют роль и величина и направление скорости. Если допустить, что первоначальное движение кометы до сближения с Юпитером происходило по параболе, то результат сближения можно представить в форме таблички, приведенной здесь.

Кометы, перешедшие на гиперболические орбиты, вышвыриваются из Солнечной системы и теряются ею. Кометы же, перешедшие на движение по эллипсу в прямом направлении, т. е. с движением в ту же сторону, что у планет, будут снова и снова сближаться с Юпитером, и каждый раз их период будет делаться все более коротким, до тех пор, пока они не вольются окончательно в семью юпитеровых комет.

Кометы, которые приобрели обратное движение по эллипсу, при следующей же встрече с Юпитером пройдут мимо него «на скорости», близкой к гиперболической, и в большинстве случаев также будут выкинуты из Солнечной системы. Действуя в течение миллионов лет, такой процесс «естественного отбора» комет приведет к образованию семьи короткоперио-дических комет, имеющих прямое движение под малым углом к плоскости орбит Юпитера и других планет.

Скорость, с которой Юпитер обзавелся семьей комет и завлекает в нее новых членов, зависит от характера их движения до первых роковых встреч с Юпитером. Если они двигались по параболам, повернутым под всевозможными углами к орбитам планет, то Юпитеру приходится сильно менять их движение, и он может пленить только немногие из них, проходящие особенно близко. По некоторым расчетам из миллиарда таких комет период менее 6 лет приобретут только 126 комет, период менее 12 лет - 839 комет, период менее 24 лет - 2670 комет. Из 839 комет с периодом менее 12 лет три четверти будут иметь прямое движение и малый наклон орбиты. К сожалению, все эти расчеты зависят от начального и неизвестного нам распределения кометных орбит. Различия в нем ведут к большому изменению последующей судьбы комет. Вероятнее всего, кометы родились внутри Солнечной системы и до сих пор продолжают оставаться ее членами, но большинство их имеет периоды обращения тысячи лет. Кометы с почти параболическими орбитами, с периодами в десятки тысяч лет, все еще достаточно прочно связаны с Солнцем, если в эту связь не вмешается притяжение Юпитера.