Az üstököspor üstökös eredetű kozmikus por . Az üstököspor vizsgálata információkat szolgáltathat az üstökösök keletkezési idejéről, és így a Naprendszer kialakulásának idejéről [1] [2] . A hosszú periódusú üstökösök az idő nagy részében távol vannak a Naptól , ahol a környezet hőmérséklete túl alacsony a párolgáshoz. Csak a Naphoz és a meleghez közeledve az üstökös gázt és port bocsát ki a megfigyelésre és a kutatásra. Az üstököspor részecskék a napsugárzás általuk történő szétszóródása miatt válnak láthatóvá. Ezenkívül a napenergia egy része az infravörös tartományban nyelődik el és bocsát ki [3] . A fényvisszaverő felület (ami egy porszem) fényereje arányos a megvilágításával és a visszaverő képességével . A pont- vagy gömbszimmetrikus forrásból (ami a Nap) származó megvilágítás pedig fordítottan változik a tőle való távolság négyzetével [4] . Ha feltételezzük a porszemcse gömbszerűségét, akkor a visszavert fény mennyisége a porrészecske alakjának vetületének keresztmetszetétől függ, ezért arányos sugarának négyzetével [5] .
I. Newton feltételezte, hogy az üstökös egy szilárd magból áll, amely visszaverődő napfénnyel világít, és egy farokból, amelyet a magból felszabaduló gőz alkot. Ez az elképzelés helyesnek bizonyult, de az üstökösök fizikai természetét közel három évszázada tárgyalják [6] . A 19. században D. Schiaparelli olasz csillagász a meteorok és üstökösök közös eredetét javasolta; majd Tet professzor publikálta az üstökösök szerkezetére vonatkozó elméletét, amelyben az üstököst sok kőből vagy meteorból állónak tartotta, amelyeket részben a Nap világít meg, részben pedig egymástól függetlenül bocsát ki fényt számos ütközés következtében [ 7] .
Az első jelentős lépés az üstököspor dinamikájának tanulmányozásában F. Bessel munkája volt , amelyet a Halley-üstökös 1835-ös megjelenése során kialakult kómája morfológiájának tanulmányozására szenteltek . Ebben a művében Bessel bevezette a Naptól elfelé irányuló taszító (taszító) erő fogalmát [8] . A 19. század végén F. Bredikhin orosz tudós olyan fogalmakat vezetett be, amelyeket még mindig gyakran használnak az üstökös porfarkának kialakulásának tanulmányozása során: a syndinamákat (az összes porrészecske geometriai elhelyezkedése azonos értékkel). β , amelyek az atommaghoz képest folyamatosan nulla sebességgel bocsátódnak ki) [9] és szinkron (az üstökösből egyidejűleg kilökött porszemcsék geometriai elhelyezkedése) [10] . A 19. és 20. század fordulóján a taszító erőt a tudományos közösség a napsugárzás nyomásaként azonosította és fogadta el .
1950-ben Whipple egy üstökösmag modelljét javasolta, amely jég és meteorikus anyag részecskéinek keveréke (a "piszkos hógolyó" elmélet). Eszerint különösen a porrészecskék kilökődnek az üstökösmagból, és gáz hatására felgyorsulnak állandó sebességükre, amelynek kilökési sebessége sokkal nagyobb. Az állandó sebesség akkor érhető el, amikor a por és a gáz dinamikusan elválik [11] . A por- és gázdinamikai problémákra az első megoldásokat Probstin javasolta . Számításai szerint az állandó sebességet körülbelül 20 magsugár távolságra érik el, a sebesség értéke 200 K gázhőmérséklet mellett 0,36-0,74 km/s [12] .
Az űrkorszak megjelenése lehetővé tette az üstökösök felfedezését a Föld légkörén kívül . Így 1986-ban számos űrhajót küldtek a Halley-üstökösre . Űrhajókkal végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a porszemcsék túlnyomórészt szilikátok voltak , de olyan porszemcséket is felfogtak, amelyek szinte teljes egészében szerves anyagból ( hidrogén- , szén- , nitrogén- és oxigénatomokból állnak ) [13] . A mérési helyen nagyszámú apró, 0,1 µm-nél kisebb sugarú porszemcsét is találtak, amelyek földi megfigyelésekkel is láthatók [14] . A PUMA tömegspektrométer , amely a Vega-1 űrszonda fedélzetén volt , azt találta, hogy a Halley-üstökösben a szerves és a szilikát por komponenseinek aránya megközelítőleg egyenlő az egységgel, azaz M vagy /M si =1 [15] . Beszámoltak arról, hogy az ásványi porszemcsék nehezebbek, mint a szerves részecskék, és a maghoz közelebb láthatók [16] . A Halley-üstökös vizsgálata során azonosított porrészecskék egyike sem állt egyetlen ásványból [17] . Az 1P/Halley (" Giotto ") és 81P/Wilde 2 (" Stardust ") üstökösmagok közelében űrhajók áthaladása során mért poráramok mérése kimutatta, hogy olyan részecskék vannak jelen, amelyek nagyon széles mérettartományban terjednek el, és amelyek egyenértékűek. nanométertől milliméterig terjedő sugarak, és megközelítőleg az n(a)=a γ ( a a porszemcse sugara ) hatványtörvény szerint oszlanak meg, γ indexszel –2 és –4 között, a por méretétől függően szemcsék és elhelyezkedésük az üstökös kómában [18] . Nagyon ritka, hogy röviddel azután, hogy az üstökös áthaladt a perihéliumon , a Nap felé mutató antifarkokat lehet megfigyelni (a megfigyelő szemszögéből). Csak nehéz részecskéket tartalmaznak, általában 0,01-0,1 cm3 [19] . Az üstökösök iránti érdeklődést 2014-ben keltették fel, amikor a Rosetta űrszonda a 67P/Churyumov-Gerasimenko üstököst vizsgálta (beleértve a kémiai összetételt is) [20] .
A Naptól jelentős távolságra lévő poros-jég konglomerátum szilikátokból, szerves anyagokból és jégből áll, és ezek aránya (tömeg szerint) körülbelül 1:1:1 [21] .
Az üstököspor kristályos és amorf (üveges) szilikátok (a legelterjedtebb a forszterit (Mg 2 SiO 4 ) és az ensztatit (MgSiO 3 ), az olivin (Mg, Mn, Fe) 2 [SiO 4 ]) és a piroxének inhomogén keveréke. a láncszilikátok alosztályába tartozó ásványok egy csoportja, szerves tűzálló anyagok (a H, C, O és N elemekből), nyomokban oxidok és egyéb összetevők, például vas-szulfid. A 81P/Wild 2 üstökös tanulmányozása során elért legérdekesebb eredmény a primitív meteoritokban találtakhoz hasonló tűzálló kalcium-alumínium zárványok felfedezése [22] .
Greenberg és Hage [23] a Halley-üstökös porkómáját szimulálták . A szimulációs eredmények egyike a szerzők által kapott fizikai mennyiség, amelyet porozitásnak nevezünk , P . P=1- Vszolid / Vösszesen . Itt V solid a porózus aggregátumon belüli szilárd anyag térfogata, V total a teljes térfogata. A kapott porozitási érték P=0,93-0,975. Az üstököspor anyagának nagy porozitását a tudósok által megszerzett különféle üstökösök magjának sűrűsége, valamint a mikrometeorok megfigyelt sűrűsége is bizonyítja. Mivel a porhalmazok nagyon porózusak, nem meglepő, hogy egy részük szétesik, azaz széttöredez. Combi elvégezte a Halley-üstökösről készült CCD -képek izofotók modellezését, és arra a következtetésre jutott, hogy a töredezettség fontos szerepet játszik a Halley-üstökös poros kómájának kialakulásában [24] . A Halley-üstökös kómájában a poráramlások rövid időn keresztüli gyors növekedésének magyarázatára Simpson és mások a porfeldarabolódás jelenségét is javasolták [25] . Konno és munkatársai a hőterhelést és a porgyorsulást azonosították a töredezettség lehetséges forrásaként [26] . A töredezettségért felelős mechanizmus lehet az elektrosztatikus erők kis szakítószilárdságú , rideg porszemcsékre gyakorolt hatása [ 27] és/vagy a CHON aggregátumok elpárolgása [28] .
Az üstökös magjából kiszabaduló, nem dinamikusan elválasztott semleges gáz és por kómát képez . És már néhány tíz üstökössugárnyira a felszíntől a por dinamikusan elválik a gáztól [30] és porfarkot képez. A porfark üstökös mozgásával ellentétes irányú görbülete a szögimpulzus megmaradása miatt következik be [31] . A napsugárzás alacsony nyomása miatt a nehéz porrészecskék az üstökös pályáján maradnak, és azok, amelyek túl nehézek ahhoz, hogy leküzdjék az üstökösmag viszonylag kis vonzási erejét, visszahullanak a felszínre, és a tűzálló köpeny részévé válnak [32] ] . A kómában lévő gáz gyorsan, órákon belül disszociál és ionizálódik , az ionok a napszél hatására ionfarkot alkotnak, amely térben eltérő pozíciót foglal el, mint a porfarok, azonban a kóma közelében ezek a farkak átfedik egymást, így poros plazma (ionizált gáz részecskéket tartalmazó por, amelynek mérete több tíz nanométertől több száz mikronig terjed ) [33] .
Az üstökös kómában lévő porképződmények mozgásának elemzésével a tudósok megtalálták a porrészecskék állandó sebességének értékét. Tehát körülbelül 1 AU heliocentrikus távolságban . azaz a 109P/Swift-Tuttle üstökös [34] és az 1P/Halley [35] üstökös sebessége 0,4–0,5 km/s között van. Miután legyőzték a porfarkon áthaladó utat, a porrészecskék bejutnak a bolygóközi közegbe, és néhányuk ismét láthatóvá válik állatövi fény formájában, néhányuk pedig a Föld bolygó felszínére esik . Az üstököspor potenciálisan a forrása lehet a legkorábbi szerves anyagnak , amely a földi élet kialakulásához vezetett [36] .
Az üstököspor elsősorban két erő hatására mozog: a szoláris gravitáció és a napsugárzási nyomás hatására . A szoláris nyomásgyorsulást ( F R ) általában a szoláris gravitációs gyorsulás ( F G ) egységeiben mérik azonos távolságra . Ennek a dimenzió nélküli mennyiségnek a kifejezése, β = F R / F G , a következő: β = 0,57 Q pr /ρa, ahol ρ a porszemcse sűrűsége, gramm per köbcentiméterben kifejezve, a a por sugara a porszemcse mikrométerben, Q pr a sugárzási nyomás hatékonysága, amely a porszemcse méretétől, alakjától és optikai jellemzőitől függ [37] . Az üstököspor esetében a sugárzási nyomás hatékonysága általában egységnyi [38] . Ha megszerkesztjük β függését a részecske sugarától, akkor az üstökös farkában lévő különféle anyagok β maximális értékét a 0,1–0,2 μm tartományba eső sugárértékeknél érjük el. Ezért a ≥ 0,2 μm- es részecskéknél Q pr megközelítőleg változatlan marad, és β értéke arányos a -1 -gyel [39] .
A bolygóközi mágneses térrel való kölcsönhatás következtében a porrészecskék villamosításának mozgásukra gyakorolt hatásának kérdésére Wallis és Hassan, valamint Goraniy és Mendis különösen figyeltek. Arra a következtetésre jutottak, hogy a Lorentz-erő okozta gyorsulás az a = 0,3 µm részecskéknél jelentéktelen, az a = 0,1 µm részecskéknél összemérhető a napsugárzás nyomó erejével, a ≤ 0,03 µm részecskéknél pedig érvényesül [ 40 ] [41] . Sekanina azt írja, hogy az üstökösmagtól 2·10 5 km- nél nagyobb távolságban a potenciálok értéke általában csak néhány volt . Általánosságban elmondható, hogy az üstököspor a következő főbb hatások révén nyer vagy veszít töltésből: elektronok és plazmaionok kötődése, ami alacsony plazma hőmérsékleten a leghatékonyabb; másodlagos elektronemisszió , amely magasabb plazmahőmérsékleten (>10 5 K) hatásos; elektromos töltésvesztés a fotoelektromos hatás miatt , amely fontos szerepet játszik az alacsony sűrűségű plazmában (<10 3 cm −3 ) [42] .
| Üstökösök | ||
|---|---|---|
| Szerkezet | ||
| Típusok | ||
| Listák | ||
| Lásd még |
| |