Астрономы обнаружили комету 28P/Неймина на архивных снимках, полученных японским телескопом Subaru совершенно для другой научной задачи. Неожиданная находка оказалась особенно ценной: объект находился более чем в 10 астрономических единицах от Солнца и практически не проявлял кометной активности. Поэтому на изображениях удалось увидеть свет, отражённый непосредственно от ядра кометы, без заметного влияния окружающей газопылевой комы.
Для исследования комет это редкая возможность. Когда комета приближается к Солнцу, нагрев заставляет льды на её поверхности переходить непосредственно в газ. Вырывающийся газ уносит с собой пыль и формирует кому — окружающее ядро облако. Чем активнее комета, тем сложнее по её наблюдаемому свету определить свойства непосредственно поверхности ядра.
В случае 28P/Неймина ситуация оказалась противоположной. На большом расстоянии от Солнца её активность настолько слаба, что ядро выглядит практически как точечный объект. Анализ его отражательной способности позволил исследовать необычное усиление яркости около противостояния и сравнить свойства поверхности кометы с астероидами. Результат показал интересное сочетание: по цвету поверхность 28P напоминает астероиды типа D, но характер её поведения при наблюдении почти со стороны Солнца указывает на отличия в микроструктуре поверхности.
Почему комету без комы так трудно увидеть
Обычный образ кометы связан прежде всего с комой и хвостом. Однако эти структуры являются не самой кометой, а результатом воздействия солнечного излучения на её ядро. Твёрдое ядро представляет собой сравнительно небольшое тело, состоящее из смеси летучих веществ и пылевого материала. Именно оно является исходным объектом, вокруг которого при приближении к Солнцу развивается кометная активность.
Когда поверхность нагревается, содержащиеся в ней льды начинают сублимировать. Выделяющийся газ создаёт вокруг ядра кому, а пылевые частицы, вынесенные наружу, могут формировать протяжённые структуры. В результате наблюдаемое издалека изображение начинает определяться уже не только поверхностью ядра.
Для исследователя это серьёзная проблема. Свет от комы добавляется к свету ядра, а пыль и газ могут полностью скрыть слабые особенности поверхности. Поэтому непосредственное изучение ядра наиболее удобно тогда, когда комета находится далеко от Солнца и практически неактивна.
Большое расстояние одновременно помогает и мешает
Удалённая комета имеет важное преимущество: её поверхность практически не закрыта комой. Но возникает другая проблема — объект становится чрезвычайно слабым. Солнце освещает ядро гораздо слабее, чем при нахождении во внутренней части Солнечной системы, а до Земли отражённый свет проходит огромное расстояние.
Поэтому для такого наблюдения требуется телескоп с большим главным зеркалом и чувствительной камерой. Subaru обладает главным зеркалом диаметром 8,2 метра, что позволяет собирать достаточно света даже от очень слабых удалённых объектов. Кроме того, установленная на телескопе камера Hyper Suprime-Cam имеет широкое поле зрения, что оказалось особенно важным для случайного обнаружения кометы.
Как 28P/Неймина оказалась на снимках, предназначенных для других целей
Открытие стало результатом анализа архива уже выполненных наблюдений. Hyper Suprime-Cam использовалась для масштабного обзора неба, а полученные изображения охватывают большие участки небесной сферы. Основная научная задача этих наблюдений не была связана непосредственно с кометой 28P/Неймина.
Однако на широкоугольных снимках могут случайно оказываться объекты Солнечной системы. Если объект достаточно слабый, он способен остаться незамеченным при первоначальном анализе, особенно если наблюдение проводилось для исследования далёких галактик или других источников.
Исследовательская группа решила систематически искать такие случайные попадания известных малых тел Солнечной системы в архивных данных Subaru. В результате в данных публичного релиза HSC-SSP была найдена комета 28P/Неймина. Архив оказался полезен не только для первоначальных задач наблюдений, но и для нового исследования, проведённого спустя годы после получения изображений.
Почему широкое поле зрения Subaru сыграло важную роль
Поле зрения Hyper Suprime-Cam имеет диаметр около 1,5 градуса. Это примерно соответствует площади девяти полных лунных дисков на небе. Для поиска случайно попавших объектов такая характеристика особенно полезна: за одну экспозицию камера охватывает значительную область небесной сферы.
В архиве HSC-SSP использовались наблюдения, покрывающие около 1400 квадратных градусов неба. Глубина обзора достигала примерно 26-й звёздной величины в зависимости от фильтра. Большая площадь и высокая чувствительность создали условия, при которых слабая удалённая комета могла оказаться среди объектов, попавших на изображения по случайности.
Таким образом, «фотобомбирование» в данном случае не означает, что комету специально фотографировали. Она оказалась в кадре во время наблюдения другого участка неба, а уже последующий анализ архива превратил случайное присутствие объекта в полноценное научное наблюдение.
Комета оказалась дальше Сатурна
Особая ценность обнаружения связана с расстоянием до Солнца. Во время наблюдений 28P/Неймина находилась более чем в 10 астрономических единицах от Солнца. Астрономическая единица примерно соответствует среднему расстоянию между Землёй и Солнцем. Для сравнения, среднее расстояние Сатурна от Солнца составляет около 9,5 астрономической единицы.
Следовательно, комета наблюдалась дальше среднего расстояния орбиты Сатурна. Более того, в момент одного из наблюдений расстояние до Солнца составляло около 10,51 астрономической единицы, а до Земли — около 9,52 астрономической единицы. Именно такое удаление от Солнца существенно снижает активность поверхности.
28P/Неймина — короткопериодическая комета семейства Юпитера. Она обращается вокруг Солнца примерно за 18,4 года. Её орбита имеет эксцентриситет около 0,774, а максимальное расстояние от Солнца достигает примерно 12,38 астрономической единицы.
Наблюдения пришлись на район афелия
Исследования проводились после прохождения кометой афелия — наиболее удалённой от Солнца точки её орбиты. 12 февраля 2016 года расстояние 28P от Солнца составляло около 10,57 астрономической единицы. В марте расстояние уменьшилось примерно до 10,51 астрономической единицы.
Именно эти условия сделали объект особенно подходящим для изучения поверхности. При таком удалении солнечного тепла недостаточно для значительной сублимационной активности, которая характерна для кометы при приближении к Солнцу.
На полученных изображениях ядро выглядело точечным: признаков разрешённой комы исследователи не обнаружили. Это не означает, что вокруг кометы вообще не могло существовать ни одной частицы газа или пыли. Речь идёт о том, что заметной кометной комы, способной существенно повлиять на измерения, на снимках не наблюдалось.
Что представляет собой 28P/Неймина
Комета 28P/Neujmin была открыта в 1916 году советским астрономом Григорием Нейминым. Она относится к семейству комет Юпитера, то есть её динамические характеристики связаны с гравитационным влиянием крупнейшей планеты Солнечной системы.
Период обращения 28P составляет около 18,4 года. По имеющимся оценкам, эффективный радиус её ядра составляет примерно 10,7 километра, а геометрическое альбедо — около 0,026. Это означает, что поверхность ядра очень тёмная и отражает лишь небольшую долю падающего на неё света.
Наблюдения также указывают на вращение ядра с периодом около 12,75 часа. Изменение его блеска достигает примерно 0,45 звёздной величины от максимума до минимума, что указывает на заметно вытянутую форму ядра. Оценка осевого отношения составляет не менее примерно 1,5.
Главная находка связана не с самой кометой, а с тем, как она отражает свет
Получить фотографию далёкой кометы без комы — уже редкая возможность. Но исследователей интересовало не только само обнаружение. Они смогли изучить, каким образом поверхность ядра отражает солнечный свет при разных условиях освещения.
Особое внимание уделили так называемому эффекту противостояния. Это увеличение яркости поверхности небольшого безатмосферного тела, наблюдаемое при очень малых фазовых углах, когда наблюдатель смотрит на объект практически со стороны Солнца. Для кометы 28P удалось получить наблюдение при фазовом угле всего около 0,334 градуса.
Такое положение особенно интересно, поскольку при почти полном «взгляде навстречу Солнцу» обычные тени от частиц поверхности оказываются скрыты от наблюдателя. Кроме того, свет может многократно рассеиваться между частицами и частично возвращаться в направлении наблюдателя. Оба механизма способны способствовать резкому увеличению яркости около противостояния.
Почему исчезновение теней делает поверхность ярче
Представим поверхность, покрытую большим количеством неровностей и частиц. При боковом освещении одни участки поверхности освещены, а другие находятся в тени. Наблюдатель видит одновременно светлые и затенённые области.
Когда источник света находится почти позади наблюдателя, направление освещения и наблюдения становится практически одинаковым. Многие тени перестают быть видимыми, потому что находятся непосредственно за своими породившими их частицами. Поверхность поэтому может казаться заметно ярче.
Но эффект противостояния не сводится только к исчезновению теней. На него может влиять когерентное обратное рассеяние — к