Почему некоторые метеоритные дожди настолько непредсказуемы

Метеорный поток долгопериодической кометы Тэтчер (белая линия). Каждый метеороид двигался по своей собственной орбите и создал метеорный поток Лирид, когда он ударился о Землю после приближения к орбите Земли (синяя линия) с севера. Оранжевая линия — орбита Юпитера. Изображение с видеонаблюдений за метеорами на Земле, представленное на сайте <a href="https://meteorshowers.org/">https://meteorshowers.org</a>. Автор: meteorshowers.org

Барицентр солнечной системы — это пресловутая точка, где греческий бог Атлас держал бы свой палец, чтобы уравновесить массу солнца и планет. Все планеты вращаются вокруг этого барицентра, но и солнце тоже.

«Обычно, когда мы строим наши численные модели, — сказал Пилорц, — мы помещаем Солнце в центр из соображений удобства, поскольку это самое массивное тело в Солнечной системе, и это упрощает релятивистские уравнения».

Команда обнаружила, что эта перспектива может быть не лучшим способом понять физические процессы, лежащие в основе орбитальной эволюции долгопериодических комет. Они движутся по орбитам, которым требуется более 200 лет, чтобы обогнуть Солнце.

«Долгопериодические кометы проводят большую часть своей жизни так далеко от Солнечной системы, что чувствуют притяжение барицентра», — сказал Пилорц. «Но каждые несколько сотен лет они врываются внутрь орбиты Юпитера и попадают под влияние Солнца».

Вблизи Солнца кометы сбрасывают частицы, называемые метеороидами. Эти метеороиды следуют за кометой, но некоторые из них движутся по более короткой орбите и возвращаются раньше, другие — позже, создавая метеороидный поток. Когда они впервые формируются, эти потоки чрезвычайно тонкие, и вероятность столкновения с Землей невелика.

«В 1995 году наша область науки только зарождалась, и многие думали, что предсказать, когда эти потоки вызовут метеоритный дождь на Земле, так же сложно, как предсказать погоду», — сказал астроном и соавтор Питер Дженнискенс из Института SETI и Исследовательского центра Эймса при NASA.

«Мы отправились в Испанию, чтобы попытаться записать один из таких потоков, и увидели то, что в прошлом описывалось как «звезды падают в полночь», — сказал Дженнискенс. «Весь поток продолжался всего 40 минут, но на пике каждую минуту появлялся яркий метеор».

Это предсказание основывалось на том, что колебание Солнца в основном отражает движение двух самых массивных планет, Юпитера и Сатурна, по их орбите вокруг него. Колебание небольшое, едва выходит за пределы самого Солнца, но его достаточно, чтобы смещать положение Солнца и его скорость в течение периодов в 12 лет (орбита Юпитера) и 30 лет (орбита Сатурна), что примерно приводит к 60-летнему шаблону.

«Ранее нам удалось показать с помощью компьютерных моделей, что эти потоки действительно отклоняются от траектории движения Земли и следуют за движением Солнца, — сказал Дженнискенс, — но мы не знали, почему».

Схематическая диаграмма, показывающая, как изменяется наклон орбиты кометы, когда комета движется сначала вокруг барицентра солнечной системы (*), затем вокруг центра солнца (•), когда она находится внутри орбиты Юпитера. Перспектива издалека, в плоскости орбиты кометы, а расстояние между барицентром и центром солнца преувеличено для ясности. Автор: seti.org

В этом недавно опубликованном исследовании Дженнискенс объединился с Пилорцем, чтобы изучить, как метеорные потоки долгопериодических комет рассеиваются с течением времени, чтобы узнать, как лучше всего использовать этот след из крошек для поиска их родительских комет.

«Главным результатом этого исследования, — сказал Пилорц, — стало простое наблюдение: если мы будем отслеживать тот факт, что солнце движется вокруг барицентра, то увидим, что на самом деле причиной рассеивания комет и метеороидов в основном является то, что каждый из них получает гравитационное ускорение или торможение от движущегося солнца, когда они проходят близко к нему — точно так же, как мы используем встречи с планетами для ускорения или замедления космических аппаратов».

Явление гравитационного ускорения или торможения часто сравнивают с отскоком теннисного мяча от передней или задней части движущегося поезда.

«Но чтобы это работало, поезд должен двигаться», — отметил Пилорц. «В нашем случае, если мы считаем, что солнце зафиксировано в центре, мы не видим, что это все, что происходит».

Исследователи заметили, что внутри орбиты Юпитера метеороид изменил направление своего движения с движения вокруг барицентра на движение вокруг центра Солнца.

«Мы обнаружили, что два скачка в плоскости движения, когда солнце берет на себя управление по мере приближения кометы, а затем снова, когда оно возвращает управление барицентру по мере удаления кометы, немного сдвинули наклон и узел орбиты», — сказал Пилорц. «Опять же, если мы считаем солнце фиксированным в центре, причина этого изменения неочевидна».

Метеороиды в разных местах потока сталкиваются с солнцем в разное время, поэтому они получают разные толчки с течением времени, и поток переплетается и рассеивается. Случайность в первую очередь обусловлена положением и скоростью солнца на его орбите вокруг барицентра, когда каждый метеороид сталкивается с ним.

«Вот где точка зрения может быть важна», — добавил Пилорц. «Мы привыкли говорить себе, что движение кометы меняется случайным образом из-за серии сложных возмущений от планет. Это не так, но если мы вспомним, что Солнце также вращается вокруг барицентра, объяснение становится намного проще».

Справедливости ради, планеты определяют движение Солнца в той же степени, в какой оно определяет их. Однако, чтобы знать, как быстро долгопериодические кометные потоки имеют тенденцию рассеиваться, подробности этого танца не нужны.

«Все еще необходимо учитывать планетарные силы, чтобы обеспечить систематический крутящий момент, который вызывает прецессию», — сказал Пилорц. «Это происходит в основном, когда метеороиды находятся между орбитами Юпитера и Сатурна».

На основе измеренных дисперсий метеорных потоков группа вычислила возраст более 200 долгопериодических кометных метеороидных потоков, данные которых были опубликованы в последней книге Дженнискенса «Атлас метеорных потоков Земли».

Больше информации: Stuart Pilorz et al, Sun Close-Encounter model of long-period comet and Meteoroid Orbit Stochastic Evolution, Icarus (2025). DOI: 10.1016/j.icarus.2025.116559

Источник: SETI Institute