Японський телескоп Subaru здійснив дослідження ядра короткоперіодичної комети Енке. Завдяки ньому науковці дізналися, які фактори призводять до зміни її орбіти.
Приховане ядро комет
Спостереження в середньому інфрачервоному діапазоні, здійснене за допомогою телескопа Subaru, показали форму та температуру поверхні ядра комети 2P/Енке. Аналізуючи, як теплове випромінювання ядра змінювалося під час його обертання, дослідники виявили, що ядро витягнуте, з довгою віссю приблизно 7 км та короткою віссю близько 3 км.
Вони також визначили, що температура поверхні на момент спостереження становила 328 ± 7 Кельвінів (приблизно 55 °C). Як повідомляє сайт Phys.org, результати, опубліковані в The Astronomical Journal, дають нові підказки для розуміння того, як змінюється активність і орбіти комет, а також для вивчення ранньої історії Сонячної системи.
Комета Енке (2P/Encke) названа на честь німецького астронома XIX століття Йоганна Енке, який детально досліджував її орбіту і показав, що це періодична комета, яка проходить повз Сонце приблизно раз на 3,3 року. Енке також виявив, що орбітальний період комети поступово скорочується, але причина залишалася невідомою. Підказка до цієї загадки виявилася в ядрі.
У середині XX століття американський астроном Фред Віппл запропонував, що коли газ і пил викидаються з комети під час її наближення до Сонця, реактивна сила змінює орбіту комети. Він також запропонував модель «брудного сніговика», у якій ядро складається з льоду, змішаного з пилом. Ця модель досі є основою нашого розуміння комет.
Ядра комет зберігають матеріали з часів народження Сонячної системи 4,6 млрд років тому, що робить їх важливим об’єктом для досліджень. Однак, коли комета наближається до Сонця, газ і пил, що вивільняються з ядра, розходяться навколо нього й утворюють хмароподібну структуру, яку називають комою, тому безпосереднє спостереження невеликого ядра в центрі з наземних обсерваторій ускладнене.
Витягнуте та тепле ядро комети Енке
Дослідницька команда з Університету охорони праці та навколишнього середовища, Кіотського університету Санґьо та компанії Photocross Co., Ltd. проаналізувала дані у середньому інфрачервоному діапазоні (довжина хвилі близько 10 мікрометрів) для комети Енке, отримані за допомогою телескопа Subaru у листопаді 2003 року. Дослідження проводили за допомогою охолодженої середньоінфрачервоної камери та спектрометра (COMICS).
Спостереження у середньому інфрачервоному діапазоні дозволяють виявляти теплове випромінювання самого ядра. Завдяки високій просторовій роздільній здатності телескопа Subaru, комета Енке виглядала як точкове джерело, що вказує на те, що випромінювання від коми робило лише невеликий внесок у спостережуваний сигнал.
Аналіз показав, що яскравість комети змінювалася протягом спостережень. Імовірно, це пов’язано з обертанням її видовженого ядра, через яке змінюється видима з Землі площа його поверхні. На підставі цих коливань яскравості дослідники оцінили форму ядра як витягнутий еліпсоїд із розмірами приблизно 7 км уздовж довгої осі та 3 км уздовж короткої
Раніше спостереження у видимому світлі та за допомогою радара також припускали, що ядро Енке може бути витягнутим, тоді як спостереження космічних апаратів виявили кометні ядра зі складними, явно неспрямованими до сфери формами. Це дослідження надає незалежну оцінку форми Енке на основі теплового випромінювання самого ядра.
Проаналізувавши теплове випромінювання, зафіксоване на різних довжинах хвиль, команда виявила, що температура поверхні ядра становила 328 ± 7 К (приблизно 55 °C), коли комета перебувала на відстані близько 1,1 астрономічної одиниці (а.о.) від Сонця. Це добре збігається з передбаченою емпіричною моделлю температурою близько 327 К на основі попередніх спостережень. Температура поверхні ядра показує, як воно поглинає сонячне світло та випромінює тепло в космос, даючи уявлення про його теплові властивості та допомагаючи науковцям зрозуміти його активність.
«Негравітаційна» зміна орбіти
Комета Енке займає особливе місце в історії досліджень комет. Вона була одним із випадків, який привів вчених до поняття «негравітаційний ефект», коли струмінь газу з ядра діє як реактивний двигун, штовхаючи ядро та змінюючи його орбіту.
Розмір і напрямок цього ефекту залежать від форми й обертання ядра, а також від того, де і в якому напрямку виділяється газ. Форма, виявлена в цьому дослідженні, не може прямо визначатися як причина зміни орбітального періоду Енке. Проте форма і розмір, отримані тут, надають фундаментальну інформацію для розуміння активності комети та довгострокової еволюції її орбіти.
Обсерваторія на Маунакеа — вікно для спостережень ядер комет
У 2021 році та сама команда також змогла виявити ядро іншої комети в середньому інфрачервоному діапазоні. Разом із поточним результатом, спостереження із Землі поступово розкривають природу ядер комет.
Середній інфрачервоний діапазон добре підходить для фіксації теплового випромінювання ядра, але це складна довжина хвилі для наземних спостережень: середньоінфрачервоне випромінювання легко поглинається водяною парою в атмосфері Землі, а сам телескоп і атмосфера випромінюють сильне теплове випромінювання.
Вершина Маунакеа, на висоті близько 4200 м (13 800 футів), суха, з невеликою кількістю водяної пари, що робить її добре придатною для спостережень у середньому інфрачервоному діапазоні. Використовуючи цю чудову локацію та велику апертуру телескопа Subaru в 8,2 м, COMICS був інструментом світового класу, який міг виконувати як знімкування, так і спектроскопію з високою просторовою роздільною здатністю.
COMICS завершив свої спостереження на телескопі Subaru у 2020 році. На сьогодні жоден інструмент на Маунакеа не може регулярно виконувати спостереження в середньому інфрачервоному діапазоні, й наразі розробляється план щодо відновлення COMICS під керівництвом доктора Такафумі Ооцубо з Університету охорони праці та навколишнього середовища, який очолював це дослідження.
