Горизонт знаний о кометах.

[konstkir]

На вскидку, у меня тоже не получается "обтачивания" астероидов. Микронная одиночная пылинка не метеорит и вряд ли выбрасывает много вещества, т.к. больше пронизывает крупную пыль астероида и просто нагревает. И вряд ли этот нагрев взрывной. И в самом деле пыли маловато за время всего пролета.
 Форма одиночного астероида без статистики допускает просто случайное образование при столкновениях. Что, по-моему вероятнее пылевой гипотезы.

 Но в любом случае, это не слишком тривиальная не детская проблема( и довольно мелкая среди астрономических), чтобы переходить на личности при споре. 
 

[Geen]

Дальше то что?

Спасибо

Кстати, получается, мы договорились до средней плотности пыли в 10-26 г/см3.

Но Вы так и не объяснили почему Вы газ не учитываете...

[Geen]

Микронная одиночная пылинка не метеорит и вряд ли выбрасывает много вещества, т.к. больше пронизывает крупную пыль астероида и просто нагревает.

Ну и куда денется этот нагрев? В случае с одиночной пылинкой - да, просто высветится, но если у нас поток таких пылинок, то он посто снизит порог выбивания для последующих...

[konstkir]

По моему, не будет успевать сильно нагреваться материал астероида.

[Geen]

Что, по-моему вероятнее пылевой гипотезы.

Вполне возможно. Но для этого оптимистичная оценка должна показывать пренебрежимый эффект...


Вот, например, масса Галактики \(10^{42}\ кг\), диаметр \(10^{21}\ м\), толщина \(10^{19}\ м\)...


Или, возмём период колебаний относительно плоскости диска в \(10^{15}\ сек\) - это даёт порядка \(100\ км/сек\) при пересечении плоскости относительно в-ва "на встречном курсе"...

[Андрей Курилов]

По моему, не будет успевать сильно нагреваться материал астероида.

Не издевайтесь над верующими

[Андрей Курилов]

В твиттере у Р. Ткаченко откопал интересный снимок поверхности кометы 67P

Иней в тени, слоистая структура

[Андрей Курилов]

High resolution optical spectroscopy of the N2-rich comet C/2016 R2 (PanSTARRS)
https://arxiv.org/abs/1901.00657
Новая публикация о необычной комете C/2016 R2. В дополнение к основным компонентам комы (N2, CO), был обнаружен также углекислый газ. Также  в коме был обнаружен радикал CH. Содержание типичных для комет радикалов CN/C2/C3 оказалось очень мало. Радикал OH обнаружен вообще не был, что накладывает ограничение сверху на отношение содержания воды к угарному газу - 0,4. Т.е. комета обогащена молекулярным азотом и угарным газом и обеднена водой. Аммиака также обнаружить не удалось, т.е. азот содержится преимущественно в форме N2.

В итоге мы имеем редкую комету, содержащую мало пыли и таких типичных летучих веществ, как H2O, HCN, NH3, но при этом содержащую очень много таких сверхлетучих веществ как CO, N2, CxHy, CO2

[Андрей Курилов]

Возникла мысль, что активность комет приводит к неизбежному полному разрушению ядра за некоторое время. Суть механизма следующая: истекающий газ раскручивает ядро до тех пор, пока не произойдёт фрагментация или потеря пыли с поверхности. В свою очередь, фрагментация/потеря пылевой мантии вскрывают свежие льды, процесс усиливается до тех пор, пока кометное ядро полностью не разрушится.

Чтобы доказать это, надо кое-что посчитать. Пусть будет сферическое в вакууме кометное ядро, которое имеет плотность 500 кг*м^-3, радиус 1000 м. Масса будет 2,094*10^12 кг. Тогда гравитационная энергия связи ядра

будет равна 1,757*10^11 Дж. Эту энергию необходимо приложить к кометному ядру, чтобы его полностью разрушить с хорошим запасом.

Теперь можно прикинуть кинетическую энергию истекающего газа. Средняя скорость истечения у комет обычно в районе 500 м*с^-1. Если кометное ядро содержит 20% льда по массе, то полная кинетическая энергия истекающего газа составит 5,236*10^16 Дж. Это в 298 тысяч раз больше, чем гравитационная энергия связи кометного ядра. Как видно, дальнейшие уточнения (не вся кинетическая энергия газа уходит на раскручивание ядра и т.п.) не имеют смысла. Для самой захудалой кометы с самым симметричным истечением газа раскрутка будет всегда достаточна, чтобы полностью разрушить ядро.



Собственно, именно по этой причине короткопериодические кометы мало отличаются от "свежих" комет из ОО. Короткопериодические кометы также содержать сверхлетучие вещества в своей коме. У кометных ядер мы постоянно видим свежую поверхность, которая постоянно обновляется вне зависимости от орбиты и возраста.

[Андрей Курилов]

Дискообразная кома кометы C/2014 B1.
The Discus Comet: C/2014 B1 (Schwartz)
https://arxiv.org/abs/1901.01438

Внешний дискообразный вид комы этой кометы не менялся в течение всего времени наблюдений (4 года):
http://www.aerith.net/comet/catalog/2014B1/pictures.html
Авторы статьи приходят к выводу, что испускаемые кометой частицы пыли крупные (не менее 0,1 мм), так как солнечный ветер не влияет на форму комы. При этом, общая пылепроизводительность довольно велика (10 кг/с) а скорость пылинок низка (1-10 м/с). Форма комы объясняется тем, что кометное ядро испускает пыль в основном с экватора, где центробежная сила приводит к отрыву пылинок от поверхности. У кометы довольно высокий перигелий (9,5 АЕ), что позволяет в деталях наблюдать, как происходит активность кометы в самом её начале, когда скорость истечения газа ещё низка. Дискообразная кома этой кометы подтверждает то, что вращение ядра очень сильно связано с активностью кометы.

[Андрей Курилов]

Оставлю "тизер" к небольшому исследованию, которое я провёл, пока отдыхал:

Подробности позже.

[Андрей Курилов]

Для исследования были выбраны 30 комет различных типов (JFC, NIC, ...) и рассмотрено содержание 10 наиболее распространенных летучих веществ в комах по отношению к содержанию воды:
* CO
* CO2
* O2
* CH3OH
* CH4
* C2H6
* H2S
* NH3
* C2H2
* HCN

Далее были расчитаны коэффициенты корреляции для различных пар веществ. Условно считается, что значение коэффициента корреляции более 0,5 указывает на наличие некой взаимосвязи. О2 в этой части не участвовал, т.к. для него выборка состоит лишь из одной точки (комета 67Р). Для О2 уже известно, что его содержание коррелирует с содержанием H2O. Для определения корреляции других веществ с H2O были рассмотрены дисперсии их содержания (так как даны они по отношению к H2O).

Для проверки правильности ожидаемых результатов использовались следующие факты:
1. Колебания содержания воды в коме 67P коррелируют с HCN. При этом, колебания содержания CO2 не коррелируют с H2O, но коррелируют с колебаниями C2H6. https://www.researchgate.net/figure/Fig-S2-Time-variation-of-major-and-minor-volatile-species-from-ROSINA-DFMS-on-29_fig2_301551758
2. Колебания содержания O2 в коме 67P коррелируют с H2O. http://blogs.esa.int/rosetta/2015/10/28/first-detection-of-molecular-oxygen-at-a-comet/
3. Выброс газа у кометы 67P привёл к повышению содержания H2S в коме в 7 раз, а также повышению содержания CH4 в 4 раза, но не привёл к увеличению содержания воды. http://blogs.esa.int/rosetta/2015/08/11/comets-firework-display-ahead-of-perihelion/
4. У кометы 103P разные части ядра являются источником разных газов. http://science.sciencemag.org/content/332/6036/1396
Из середины ядра истекает водяной пар, в то время как из одного из торцов - углекислый газ и органические газы.

Из пунктов выше напрашиваются следующие выводы:

1. Ядра комет неоднородны в крупном масштабе.
2. Есть группы летучих веществ, которые содержатся в кометных ядрах независимо. Первая группа - связана с H2O, вместе с HCN и О2. Вторая группа связана с CO2 и орнаникой. Третья - с органикой и сероводородом.

Можно попытаться воспроизвести эти результаты на множестве комет, которые могут быть также в различной степени обеднены или обогащены теми или иными веществами.

Результаты.

На множестве из 30 комет действительно наблюдается корреляция содержания между CO2 и органики. H2S также коррелирует с органикой. Интересным результатом также оказалось то, что HCN коррелирует не только с водой, но и углекислым газом и органикой. Обнаружились также и "изгои": содержание таких веществ как CO и NH3, как оказалось, не коррелирует не с чем.

Интерпретация результатов.

В ядрах комет есть различные "исходные" вещества которые на стадии формирования комет "впитывали" другие, летучие вещества.

* H2O лёд содержит также О2 и HCN.
* CO содержится в виде чистого льда, не содержащего в себе других веществ.
* CO2 лёд содержит C2H6, H2S, HCN.
* CH3OH лёд содержит CH4.
* CH4 лёд содержит H2S и HCN.
* C2H6 лёд содержит C2H2 и HCN.
* NH3 содержится в виде чистого льда, не содержащего в себе других веществ.

Можно также отметить, что есть вещества, с которыми коррелируют сразу несколько других разных веществ. Наиболее ярким примером является HCN, который "прилипает" ко всему, кроме CO, CH3OH и NH3. Другим таким "липким" веществом является H2S. Вероятно, это связано с высокой полярностью молекул этих веществ.

Это пока что черновик, далее будет исправляться/дополняться

[Kostyrko]

Цитата Андрей Курилов: «Условно считается, что значение коэффициента корреляции более 0,5 указывает на наличие некой взаимосвязи».

Это общепринято?
Можете в результатах указывать конкретные значения коэффициентов корреляции?

[Kostyrko]

Солидная работа о двойных (кратных) астероидах https://arxiv.org/abs/1901.05492 . Кое-что может быть применимо и к кометам?

[Андрей Курилов]

Можете в результатах указывать конкретные значения коэффициентов корреляции?

Да, конечно, занят был очень сильно
Исходные данные:

Таблица корреляции:


На самом деле я уже нашёл проблемы в своей работе. Более того, я нашёл лучшую работу на эту тему, с более достоверными результатами:
http://sci-hub.se/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103516302500?via%3Dihub

Кстати, в целом, выводы схожие. Интерпретация отличается. Отсутствие корреляции данного вещества с другими у этих авторов означает "extended source" (т.е. пыль в коме).

[Kostyrko]

Наблюдаемые сегодня физические свойства кометных ядер связаны с их сложной историей и помогают сдерживать их образование и эволюцию. В этой статье мы рассмотрим некоторые основные физические свойства кометных ядер и сосредоточимся, в частности, на тепловых, механических, структурных и диэлектрических свойствах, подчеркивая прогресс, достигнутый во время миссии Розетты. Кометы имеют низкую плотность 480 ± 220 кг м-3 и низкую диэлектрическую проницаемость 1,9-2,0, что соответствует высокой пористости 70-80%, с очень низкой общей прочностью на растяжение <100 Па, и имеют низкую объемную тепловую инерцию 0-60 Дж К-1 м-2 с-1/2, которая позволила им сохранять очень летучие вещества (например, CO, CO2, CH4, N2) в их внутреннем пространстве с момента их образования. Как показывает 67P/Чурюмова-Герасименко, вышеуказанные физические свойства меняются по всему ядру, пространственно на его поверхности, но также с глубиной. Общая картина такова, что основная часть ядра состоит из слабо связанного, довольно однородного материала, который сохранил первичные свойства под тонкой оболочкой обрабатываемого материала и, возможно, покрыт зернистым материалом; местами эта кора может достигать толщины в несколько метров. Свойства верхнего слоя (первого метра) не являются характерными для массивного ядра. Более глобально, сильные неоднородности ядра в масштабе нескольких метров исключены на небольшой доле 67P.
https://arxiv.org/abs/1905.01156

[Kostyrko]

В 1977 году, когда продавались компьютеры Apple II и Atari, на неудобной орбите наблюдалась крошечная точка. Малое тело 1977 UB, получившее название (2060) Хирон, с орбитой между Сатурном и Ураном, стало первым Кентавром, новым классом малых тел, вращающихся примерно между Юпитером и Нептуном. Наблюдаемый переизбыток короткопериодических комет приводит к ниспровержению Облака Оорта как исключительного источника комет и к увеличению потребности в транснептуновом поясе комет. Кентавры были быстро замечены как переходная фаза между Объектами пояса Койпера (KBO), также известными как Транс-Нептуновые Объекты (TNO) и Кометами семейства Юпитера (JFC). С тех пор о кентаврах было обнаружено гораздо больше: они могут иметь кометную активность и вспышки, спутники и даже кольца. За последние четыре десятилетия с момента открытия первого Кентавра были измерены и проанализированы периоды вращения, цвета поверхности, спектры отражения и альбедо. Однако, несмотря на такое большое количество исследований и дополнительных методов, популяция кентавров остается загадкой, поскольку они во многом отличаются от TNO и даже в большей степени от JFC.
https://arxiv.org/abs/1905.08892

[Kostyrko]

Представлена первая вычислительная модель твердофазной химии в ядрах кометных льдов. Модель астрохимической кинетики, MAGICKAL, адаптирована для отслеживания химической эволюции в нескольких слоях кометного льда в течение репрезентативного периода в 5 млрд. лет. Физические условия выбираются в соответствии с «холодным хранением» кометного ядра во внешней Солнечной системе перед любой активной фазой. Химия моделируется при выборе статических температур в диапазоне 5-60 К, в то время как лед подвергается воздействию поля межзвездного излучения, вызывающего фотохимию во внешних слоях льда, которая ведёт к образованию значительных фракций сложных органических молекул. Химическая обработка, возникающая в результате бомбардировки льдов космическими лучами, также вводится в модель вместе с новой формулировкой для низкотемпературной фотохимии. Достигается производство простых и сложных молекул на глубину порядка 10 м или более, причем локальные доли содержания во многих случаях сопоставимы с наблюдаемыми значениями. Найдено, что вырабатывается значительное количество O₂ (и H₂O₂), что позволяет предположить, что длительной обработки высокоэнергетическими космическими лучами кометных льдов in situ в течение порядка 1 млрд. лет может быть достаточно для объяснения большого наблюдаемого содержания O₂, если общая потеря материала из кометы ограничена глубиной порядка 10 м. Вхождение во внутреннюю солнечную систему может привести к дальнейшему расширению молекулярного состава льда кометного ядра, что может быть количественно измеримо с использованием этого подхода в моделировании.
https://arxiv.org/abs/1909.03366

[ЕАМ.]

кометные ядра в форме гантели представляют собой слипшуюся когда-то пару ядер

С какой стати им "слипаться"?
Вот "разрезаться" на пару ядер - дело понятное. Солнышко выжигает вращающийся комок.

[armadillo]

Возможно, расколотое от удара ядро слипается в гантелю?