Экспериментальное исследование образования сложных веществ в кометах под действием частиц солнечного ветра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.04, кандидат физико-математических наук Шоекубов, Шоаюб Шосиддикович

• Шоекубов, Шоаюб Шосиддикович
• кандидат физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шоекубов, Шоаюб Шосиддикович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХИМСОСТАВ ЯДЕР КОМЕТ.

1.1 Наблюдательные данные о химсоставе кометных атмосфер.

1.2 Происхождение комет и возможность существования сложных органических веществ в кометах.

1.3 Выводы.

ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ИОНОВ И ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ КЛАСТЕРОВ В КОМЕТАХ

2.1 Постановка задачи.

2.2 Методика и техника лабораторного эксперимента.

2.3 Исследование продуктов распыления льдов под действием потока ионов

2.4 Исследование образования ионно-молекулярных кластеров в условиях комет.

2.5 Выводы.

ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

НЕКОТОРЫХ СЛОЖНЫХ МОЛЕКУЛ В КОМЕТАХ

3.1 Экспериментальная установка и методика экспериментов

3.2 Исследование взаимодействия заряженных частиц с некоторыми вероятными кометными веществами.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗО

ВАНИЕЕЯ ТУГОПЛАВКИХ ВЕЩЕСТВ В КОМЕТАХ

4.1 Экспериментальная установка и методика эксперимента

4.2 Результаты экспериментов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование образования сложных веществ в кометах под действием частиц солнечного ветра»

Кометы занимают особое место в Солнечной системе по многим причинам. Во-первых, по темпу развития и морфологическим особенностям они совершенно отличаются от других тел Солнечной системы. Во-вторых, кометы крайне нестационарные объекты в этой системе. В-третьих, они, возможно, представляют реликтовое вещество, входившее в состав протопланетного облака.

Типичная комета состоит из твердого ядра, газопылевой головы, газового и пылевого хвостов (Бредихин Ф. А., 1934; Jaegermann R., 1930; Орлов С. В., 1935; Всехсвятский С. К., 1958; Добровольский О. В., 1966).

В момент открытия комета обычно выглядит как туманное пятнышко с центральным сгущением, где и находится ядро кометы. По мере приближения кометы к Солнцу, т. е. к перигелию своей орбиты, ее яркость растет, развивается голова кометы, образуются плазменный и пылевые хвосты длиной десятка, а иногда сотни миллионов километров. После перигелия орбиты, когда комета удаляется от Солнца, весь процесс идет в обратном направлении: падает яркость кометы, уменьшаются размеры головы и хвостов кометы и обычно на расстояниях 5-6 а.е. от Солнца комета вновь превращается в туманное пятнышко с центральным сгущением. Несмотря на огромные размеры, масса комет, по сравнению с массой больших планет, ничтожна и концентрирована в небольшом по размеру ядре кометы.

Нестационарность комет проявляется в виде вспышек их яркости, газопылевых струй (джетов), берущих начало в ядре, галосов и оболочек в голове кометы, плазменных неоднородностей и синхронных образований, соответственно в плазменном и пылевом хвостах, делении ядер и т.п. Часть из этих нестационарных явлений связана с активными процессами на Солнце и поэтому кометы как индикаторы солнечной активности могут быть использованы при решении других фундаментальных и прикладных задач. Другая часть нестационарных явлений комет связана со свойствами кометного ядра и особенностями его дезинтеграции и эволюции.

Вся информация о кометном ядре получена косвенным путем и в настоящее время ядра комет представляются в виде твердого тела размером от сотни метров до десятка километров, состоящего из смеси замерзших газов и тугоплавких пылевых частиц. Эта модель ядра известна как ледяная модель Уиппла (Whipple F.L., 1950, 1951.) и она, в принципе, качественно и количественно объясняет кометные явления (Шульман JI.M., 1987; Ибадинов Х.И., 1998). Дезинтеграция такого ядра происходит в высоком и сверхвысоком вакууме под действием, главным образом излучения Солнца. Из-за незначительности гравитации ядра, сублимирующие молекулы разлетаются в межпланетное пространство, увлекая с собой пылевые частицы с поверхности ядра. Так образуется газопылевая атмосфера кометы.

Актуальность темы.

Результаты наземных и космических исследованиях (в том числе во время миссий космических аппаратов ВЕГА-1, 2 и Джотто к комете Галлея) подтверждают реальность уиппловской ледяной модели ядра кометы. Эта модель удовлетворительно объясняет многие кометные явления, например газ и пылепроизводительность комет, их спектральный состав. Выяснилось, что примерно 80% легкоплавкого вещества ядра составляет твердый НгО. Эта молекула, как родительская обеспечивает наблюдаемую в кометах производительность водорода Н и гидроксила ОН. Гораздо сложнее дело обстоит с выяснением родительских молекул других нейтралов, ионов и ион-радикалов и с природой пылевых частиц атмосферы кометы, в частности молекулярного углерода, обеспечивающего свечение кометы в видимой области спектра и наблюдающегося уже на больших гелиоцентрических расстояниях кометы.

В результате миссий ВЕГА-1, 2 и Джотто удалось выполнить масс-спектральный анализ вещества атмосферы кометы и установить элементный состав пыли, но в какой форме она существует в ядре кометы не ясно до сих пор. Сложность однозначного решения обратной задачи по химии комет связана с тем, что многие вещества -потенциальные «родительские» молекулы -в результате диссоциации и ионизации в поле фотонного и корпускулярного излучений Солнца могут производить в достаточном количестве наблюдаемые в атмосферах комет «дочерние» молекулы. Поэтому список потенциальных «родительских» молекул огромен и включает многие сложные органические и неорганические вещества. Пока не ясно, как эти вещества оказались в ядре кометы.

Цель работы.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование образования сложных веществ в кометах под воздействием частиц солнечного ветра путем лабораторного моделирования.

Научная новизна проведенных исследований.

1. Разработана методика лабораторного эксперимента по моделированию воздействия частиц солнечного ветра с вероятными веществами кометного ядра и созданы соответствующие установки для выполнения эксперимента;

2. Разработана методика получения и измерения состава вторичных продуктов взаимодействия корпускулярных потоков с вероятными кометными родительскими молекулами в газовой фазе;

3. Разработана методика лабораторного эксперимента по исследованию состава продуктов взаимодействия корпускулярных потоков с вероятными кометными веществами в твердой фазе при низких температурах;

4. Установлено образование положительных и отрицательных ионов и ионно-молекулярных кластеров на поверхности конгломерата льдов, бомбардируемых ионами;

5. Установлено образование тугоплавкой пленки в результате бомбардировки ионами конгломерата льдов;

6. Исследован состав тугоплавкой пленки масс-спектральным методом и установлен тип тугоплавкого вещества, образующегося в результате бомбардировки конгломерата льдов ионами;

7. Предложен механизм образования положительных и отрицательных кластеров в условиях комет;

8. Предложен механизм образования тугоплавких веществ, тугоплавкой корки на поверхности конгломерата льдов комет и тугоплавких частиц в кометах.

На защиту выносится:

1. Методика лабораторного моделирования воздействия частиц Солнечного ветра на вероятные вещества комет;

2. Результаты лабораторных экспериментов по образованию положительных и отрицательных ионов и ионно-молекулярных кластеров, сложных молекул и тугоплавких веществ в кометах;

3. Вывод о роли ионно-молекулярных реакций в образовании положительных и отрицательных ионов, ионно-молекулярных кластеров и тугоплавких веществ в кометах.

Научно-практическаая значимость работы определяется возможностями метода лабораторного моделирования явлений, происходящих в космосе. В работе этот метод получил развитие. Создана научно-методическая и техническая база для дальнейшего углубленного исследования по физхимии комет и солнечно-кометных связей. С помощью разработанных методик и созданных установок можно выполнить исследования физико-химических процессов, протекающих в атмосферах планет, на поверхности их спутников, на поверхности астероидов и метеороидов под воздействием корпускул солнечного ветра, выполнить экспериментальные исследования по образованию сложных веществ в условиях космоса. Полученные результаты могут быть, использованы при изучении состава атмосферы Земли, земных ледников, ледников на планетах и их спутниках и физико-химических процессов, связанных с воздействием солнечного ветра, с активностью Солнца.

Апробация работы.

Представляемая диссертационная работа отражает содержание 8 научных публикаций. Все опубликованные работы докладывались и обсуждались на семинарах Лаборатории экспериментальной астрофизики и Отдела физики комет и астероидов Института астрофизики Академии наук Республики Таджикистан, на семинаре "Солнечная система" этого института. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на заседаниях Ученого совета Института астрофизики АН РТ в виде научных докладов. Результаты и выводы работы в разные годы докладывались на Всесоюзных Всехсвятских чтениях (Киев, Украина, 1985, 1990), семинаре Отдела физики планет Института космических исследований АН СССР (Москва, РСФСРД987), итоговой конференции по программе СОПРОГ (Чернигов, Украина, 1988), всесоюзном семинаре-совещании "Лабораторное моделирование комет" (Душанбе, Таджикистан, 1989), 27-ом генеральном съезде Международного комитета по исследованию космоса КОСПАР (Хельсинки, ЕСПОО, Финляндия, 1988), 31-ой Научной ассамблее КОСПАР (Бирмингем, Англия, 1996), Международной конференции по физике конденсированных сред (Душанбе, Таджикистан, 1997).

Заключение диссертации по теме «Планетные исследования», Шоекубов, Шоаюб Шосиддикович

3.3 Выводы

Вышеприведенные результаты лабораторного моделирования взаимодействия заряженных частиц солнечного ветра, с некоторыми вероятными кометными веществами, говорят в пользу того, что на ряду с воздействием солнечного излучения на кому комет большую роль в физико-химических процессах, протекающих в кометах и определяющих наблюдаемые характеристики комет, играет взаимодействие корпускулярных потоков Солнца с поверхностью ядра кометы на больших гелиоцентрических расстояниях комет и с поверхностью ледяных и пылевых зерен на малых гелиоцентрических расстояниях комет.

Это обусловлено, во-первых, тем, что в конденсированных средах велика вероятность многократных соударений солнечных корпускулярных частиц с молекулами вещества, во-вторых, велико сечение ионно-молекулярных реакций, т.к. они не имеют активационного барьера. Кроме того, в ионно-молекулярных реакциях на поверхности замороженных твердых тел (ядро, ледяные зерна, пылинки) многочисленны и различны каналы образования сложных молекул в результате вторичных реакций.

Данные таблицы 4.5, 4.6, 4.8 показывают, что источниками ионов С2+, Сз+, наблюдаемых в кометах на больших гелиоцентрических расстояниях и вблизи ядра кометы являются поверхности ядра кометы и пылевых и ледяных зерен ее атмосферы.

Полученные экспериментальные данные говорят в пользу следующего механизма образования и эмиссии ионов многоатомного углерода и других сложных молекул. В процессе формирования кометных ядер в результате ионно-молекулярных реакций, происходящих между корпускулярными потоками Солнца и космических лучей и конденсированными на поверхности ядра углеродосодержащими молекулами, образуются тугоплавкие вещества типа графита или органических полимеров. Состав этих тугоплавких образований в различных слоях кометного ядра будет различным в зависимости от количества и рода конденсирующихся веществ и интенсивности солнечного ветра в период формирования этого слоя ядра. После формирования кометного ядра, с течением времени под действием солнечного ветра изменяется состав и структура поверхностного слоя ядра, обогащаясь более тугоплавкими веществами. Наблюдаемые на больших гелиоцентрических расстояниях вблизи кометных ядер ионы многоатомного углерода и других сложных молекул возникают в результате распыления этого поверхностного слоя под действием корпускулярного потока Солнца.

Из такого механизма образования сложных молекул и их ионов следует, что с приближением кометы к Солнцу и с возрастом короткопериодических комет, в результате накопления темного тугоплавкого углерода на поверхностном слое ядра кометы, альбедо ядра кометы должно уменьшатся. Данные, полученные космическими аппаратами ВЕГА-1, ВЕГА-2 и Джотто об альбедо и температуре поверхности ядра кометы Галлея (альбедо 0,03 - 0,06, температура 320 - 400 К). (Reinhard R., 1986, Sagdeev R.Z., et al, 1986) подтверждает этот вывод.

Из данных, приведенных в таблице 3.6, следует, что с поверхности пылевых и ледяных зерен в кометах могут эмитироваться ряд молекул и радикалов в виде отрицательных ионов. Наличие потока отрицательных ионов с энергией несколько эВ должно влиять на устойчивость кометной плазмы и на появление новых ионно-молекулярных реакций в ней.

ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТУГОПЛАВКИХ ВЕЩЕСТВ В КОМЕТАХ.

Исследования комет наземными средствами показали, а недавние исследования кометы Галле с помощью космических аппаратов вблизи ядра кометы подтвердили, что ядро кометы состоит в основном из льда и тугоплавких частиц. Ледяную компоненту ядра кометы составляет в основном Н20 и С02. В спектрах комет наблюдаются также СО, СН, NH и ряд других легкоплавких веществ, которые могут, входит в состав кометных льдов в виде примеси.

Как показали исследования пылевой составляющей кометы Галлея с помощью космического аппарата Джотто в непосредственной близости от ядра кометы (Reinhard, 1986), пылинки содержат следующие элементы: Н, С, N, О, Na, Mg, Si, Cs, и Fe. Причем, большая часть пылевых частиц преимущественно состоит из элементов Н, С, N, О, (CHON-частицы). Однако до сих пор неизвестно, из каких родительских молекул они возникают. До конца не объяснено также большое обилие атомарного и молекулярного углерода С, С2, Сз и их положительных ионов, зарегистрированных оптическим спектрометром на космическом аппарате "Вега-2" (Krasnopolsky et al., 1986; Moreels et al., 1986) и масс-спектрометром на космическом аппарате "Джотто" (Krankovsky et al., 1986) в непосредственной близости от ядра кометы Галлея.

Отрицательные ионы молекулярного С2 были зарегистрированы в комете 1990 VI (Чурюмов К. И., 1992).

Среди потенциальных родительских молекул веществ наблюдаемых в кометах, упоминаются также более сложные молекулы типа ацетилена Н2С2, формальдегида Н2СО и его полимеров (Шульман, 1987; Krankovsky et al, 1986). Формальдегидный полимер полиоксиметилен был экспериментально обнаружен в коме кометы Галлея с помощью масс-спектрометра на космическом аппарате Джотто (Huebner, 1987). Особый интерес вызывает вопрос о происхождение этих сложных тугоплавких и органических веществ в кометах.

До сих пор до конца не выяснен вопрос о том, попали ли эти тугоплавкие и органические вещества на ядро кометы из межзвездной пыли или они могли образоваться на поверхности самых комет. Не выяснен также механизм образования этих веществ.

В последнее время много сведений по выяснению этих вопросов было получено в результате лабораторных экспериментов по моделированию воздействия фотонных и корпускулярных потоков Солнца на кому и ядро кометы. Большая часть этих экспериментальных работ посвящены определению продуктов, возникающих в результате взаимодействия ультрафиолетового излучения с моделями кометной атмосферы различного состава и определению продуктов, возникающих при взаимодействия заряженных частиц с энергией в МэВ области, что соответствует действию космических лучей на поверхность кометного ядра (Danielson and Kasaai, 1968; Brown et al., 1982; Moore et al., 1983; Johnson et al., 1983; Khare et al., 1989).

Из результатов главы 3 диссертации следует, что при облучении замороженных пленок легкоплавких кометных веществ пучком ионов, на поверхности ледяных пленок образуются тугоплавкие вещества, которые не испаряются с поверхности металлических подложек даже при температурах выше 1300 К. (Хашимов и Шоекубов, 1989). При бомбардировке энергичными ионами пленки, состоящей из замороженной смеси воды и углекислого газа, которые составляют основную массу легкоплавкой компоненты кометного ядра, с поверхности эмитируют значительное количество ионов С+, С+2, С43 и даже С+4.

Мы высказали предположение, что источником этих кластерных ионов является тугоплавкая темная пленка, образованная в результате ионной бомбардировки замороженных паров смеси Н20 и С02, однако сами тугоплавкие пленки не были исследованы.

Результаты лабораторных исследований показывают, что непрерывное воздействие заряженных частиц на различные модели кометного ядра могут способствовать установлению возможности и эффективности образования сложных различных и тугоплавких веществ в кометах и выяснить механизм образования сложных, органических и тугоплавких веществ в кометах. В данном лабораторном эксперименте методом масс-спектрального анализа исследуется состав и количественная зависимость отдельных компонентов, в том числе молекулярного углерода С2, тугоплавкой пленки от дозы бомбардирующих ионов , образующихся в результате ионной бомбардировке замороженных пленок из легкоплавких веществ, признанных наиболее вероятными составляющими кометных ядер.

4.1. Экспериментальная установка и методика эксперимента.

Экспериментальная установка, применяемая в настоящей работе, состоит из трех основных частей: а) источник ионов для бомбардировки исследуемых образцов; б) камера взаимодействия, в которой легкоплавкие

77 газы предполагаемых кометных веществ замораживаются на поверхности металлических подложек в виде пленок, а затем облучаются пучком ионов и в) масс-спектрометр для исследования масс-спектра вторичных продуктов. а). Источник ионов. В работе использовалась ионно-электронная пушка с холодным катодом и высоковольтным разрядом Пеннинговского типа, который основан на газовом разряде в продольном магнитном поле, где увеличение степени ионизации рабочего газа получается путем увеличения траекторий ионизирующих электронов. Источник изготовлен из ненамагниченной и нержавеющей стали, в качестве изоляторов применена металлокерамика; собрана пушка на металлических уплотнениях. Все это обеспечивает работу пушки в чистых вакуумных условиях.

Схематический разрез пушки представлен на рис. 4. В разрядной камере кольцевой анод 4 размешен между двумя катодами 5, изготовленными из алюминия, который обладает малым коэффициентом распыления. В одном из катодов имеется отверстие диаметром 2 мм для вытягивания пучка заряженных частиц из плазмы разряда.

Рис. 4.1. Схематический разрез ионно - электронной пушки. 1. сильфонный переход; 2. метало - керамические изоляторы; 3. электростатическая линза; 4. кольцевой анод; 5. катоды; 6. метало - керамический ввод; 7. магнитная катушка; 8. трубка.

Разрядная камера помешена в продольное магнитное поле, вынуждающее электроны, вылетающие из катодов под действием высокого напряжение приложенного между катодами и анодом, совершать движения по циклоидным орбитам, что резко повышает степень ионизации атомов рабочего газа. Продольное магнитное поле создается катушкой 7 и железным ярмом, которым является корпус пушки и анодный фланец, изготовленный из мягкой стали. Рабочий газ подается в камеру по трубке 8. Напряжение разряда (1-2 кВ) подается через металлокерамический ввод 6.

Отсос, ускорение и фокусировка положительных ионов осуществляется 2х электродной электростатической линзой 3, собранной на металлокерамических изоляторах 2 при приложении положительных ускоряющих и фокусирующих напряжениях. Для направления пучка заряженных частиц по оси камеры мишень и пушка подсоединяются к ней через сильфонный переход 1. Энергия заряженных частиц в пучке задается величиной ускоряющего потенциала относительно "Земли". В рабочем режиме давление газа (у нас использовался аргон) в камере источника было 4,3х10"4 Па. При этом источник позволял получать пучок ионов Аг с плотностью тока до 1x10"3 А м2 и с энергией 1-10 КэВ. б). Камера взаимодействия, схема которой приведена на рис.4.2 состоит металлической вакуумной камеры, изготовленной из нержавеющей стали. В него на фланец 1 крепится тонкостенная металлическая трубка 2, в которую заливается части закреплена медная шина 3, в которую вставляются термопара для измерения температуры и вольфрамовая спираль для прогрева этой шины. К этой шине с обеих сторон плотно прижимаются пружинами специальные подложки в виде вольфрамовых полосок. Система позволяет контролируемо изменять температуру этих подложек в пределах от 80 К до 1300 К. Фланец 4 I

Рис 4.2. Схема камеры. 1. фланец; 2. трубка для жидкого азота; 3. медная шина; 4. фланец для откачки; 5. фланец к источнику ионов; 6. баллон с газом; 7. вакуумный натекатель; 8. трубка. соединяется с системой вакуумных насосов, а фланец 5 соединяется с источником ионов. Исследуемая ледяная модель получается путём замораживания газов, подводимых непосредственно к поверхности подложки из баллона 6 через вакуумные натекатели 7 и трубки с соплом 8. в). Масс-спектрометр МИ-12-01 использовался для получения и исследования масс-спектров вторичных продуктов, полученных в результате облучения тугоплавкой пленки на поверхности специальных подложек.

Процедура облучения смеси легкоплавких кометных веществ, проводилась в следующей последовательности: Исходные легкоплавкие вещества после предварительной очистки, вводились в откачанные баллончики 6. После получения в камере вакуума порядка 5-6х10"5 Па, она при постоянной откачке прогревалась до температуры 450-500 К. При достижения вакуума 1-2x10"5 Па прогрев стенок камеры прекращался, а температура шины 3 с прижатыми к ее поверхностям с обеих сторон вольфрамовыми подложками, прогревалась до 900 К. После получения вакуума 6-7x10"5 Па прогрев шины прекращался, а затем в криостат 1 заливался жидкий азот. При температурах подложек 80-83 К напускались исследуемые газы и включался источник ионов. Наличие системы диафрагм и дифференциальной откачки позволяло при включенном источнике и напуска газа в камере поддержать вакуум порядка 8-9x10"4 Па. Вольфрамовые подложки с замороженной пленкой, прижатые к одной поверхности шины, подвергались ионной бомбардировкой. Прикрепленные к противоположной поверхности шины, подложки находились в тех же условиях, но не подвергались ионной бомбардировке.

Пленки льда, образованные на подложках на одной поверхности шины, облучались определенной дозой ионов аргона. Затем облучение прекращалось, жидкий азот криостата выливался, и при вакууме 1-2x10"5

Па подложки прогревались до температуры 500К. После этого на поверхности подложек оставались только тугоплавкие вещества. Затем подложки с облученными и контрольными образцами вставлялись в источник ионов масс-спектрометра МИ-12-01, в котором ионизация тугоплавких веществ производится методом поверхностной термоионной эмиссии. (Ибадов С., Кадиров Н., Насриддинов А. 1980). Спектры облученных и контрольных образцов снимались при одних и тех же условиях.

Данная методика отличается от применяемых ранее тем, что во первых бомбардировка производится ионами благородного газа Аг и тем самым исключается химическая реакция бомбардирующих ионов с исследуемыми образцами; во вторых, наблюдаемый масс-спектр в этих опытах получается именно из тугоплавкой компоненты.

4.2 Результаты экспериментов.

В таблице 4.1 приведены данные масс-спектра, полученного от твердого тугоплавкого осадка, возникающего в результате бомбардировки пленки льда из смеси Н20 + Н2С2 ионами Аг+ с энергией 2 кэВ в течение 12 часов. В условиях эксперимента, соответствующая доза облучения

13 2 составляла 3,2 х 10 ион м" . В первом столбце таблицы приведена т -масса молекулы в а.е.м., во втором идентификация иона, в третьем -величина ионного тока в условных единицах, в четвертом - процентное содержание данного сорта ионов в обшей ионной эмиссии.

Анализ динамики изменения отдельных пиков масс-спектра с изменением температуры и времени работы ионного источника показал, что тугоплавкие образования состоят из двух компонент: ионы с атомной массой 32, 40, 41, 44, 46 являются менее тугоплавкими с температурой испарения в пределах 350 - 395 К, а ионы с массой 12, 13, 24, 36, 48 более тугоплавкие с температурой испарения выше 2300 К. Одинаковый характер динамики изменения интенсивности ионов С+, С2+, С3+ в спектре говорит в пользу того, что источником всех этих ионов является одно и то же тугоплавкое вещество типа графита.

Сопоставление таблицы 4.1 и 3.10 (глава 3) показывает, что легкие ионы возникают в основном из ледяной, легкоплавкой составляющей. Роль тугоплавких образований в появлении легких ионов незначительна.

ЗКЛЮЧЕНИЕ

Результаты наземных и космических наблюдений комет, результаты лабораторных экспериментов с различными вариантами уипловской модели ядра кометы, результаты исследований состава атмосферы кометы Галлея на месте (in situ) с помощью космических аппаратов ВЕГА - 1, 2 и Джотто дают основание считать, что кометные ядра состоят из смеси замерзших легкоплавких газов различной химической природы и тугоплавких веществ.

Основу кометного ядра составляет твердая вода. Остальные вещества, в том числе и сложные органические, составляют примерно 20 % от общей массы кометы.

Многие физико-химические процессы в кометах протекают под воздействием корпускул солнечного ветра, которые на больших гелиоцентрических расстояниях свободно достигают поверхности ядра и вносят вклад в распыление поверхности и в протекании ионно-молекулярных реакций на поверхности ядра, в образовании сложных веществ в кометах.

Лабораторные эксперименты с вариантами ледяной модели ядра кометы и модели атмосферы кометы, выполненные в настоящей работе позволили выяснить некоторые важные особенности взаимодействия газов и частиц атмосферы кометы и ледяного ядра кометы с корпускулами солнечного ветра.

Экспериментально показано, что в результате взаимодействия корпускул солнечного ветра с молекулами атмосферы кометы образуются положительные и отрицательные ионы этих молекул. Синтез молекул в газовом состоянии не происходит.

При бомбардировке поверхности льдов кометы (частиц атмосферы, поверхности ядра) ионами образуются положительные и отрицательные ионы, ионно-молекулярные кластеры и синтезируются новые молекулярные ионы.

При бомбардировке электронами и ионами моделей кометного вещества как в газовом, так и в твердом состоянии производительность отрицательных ионов больше, чем производительность положительных ионов. Следовательно, в условиях комет вклад отрицательных ионов в ионно-молекулярых реакциях должен быть учтен.

Из результатов лабораторных экспериментов следует, что положительные и отрицательные ионно-молекулярные кластеры образуются и накапливаются в приповерхностном слое льдов и этот процесс может быть непрерывным. Наиболее вероятнее, что эти кластеры образуется по механизму «горячего пятна».

Лабораторные эксперименты показали, что при взаимодействии ионов солнечного ветра с конгломератом льдов на поверхности льдов образуются тугоплавкие вещества в виде тугоплавкой пленки. Масс-спектральный анализ состава пленки показал, что она состоит из молекулярного углерода больших кластеров, т. е. пленка представляет графитоподобное вещество. Таким образом, экспериментально выявлен один из наиболее вероятных механизмов образования тугоплавких веществ в кометах.

Накопление графитоподобных тугоплавких веществ на поверхности ядра кометы может привести к постепенному зарастанию ядра тугоплавкой темной коркой, уменьшению отражательной способности ядра и повышению температуры поверхности. Этот механизм удовлетворительно

88 объясняет данные КА ВЕГА-1, 2 и Джотто о свойствах поверхности ядра (альбедо 0,03-0,06; температура 320-400 К), о составе частиц атмосферы кометы и изобилие молекулярного углерода в атмосферах комет, особенно на больших гелиоцентрических расстояниях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шоекубов, Шоаюб Шосиддикович, 2002 год

1. АльвенХ., АррениусГ. (1979). Эволюция Солнечной системы. М., Мир, 511с.

2. Арифов У. А. (1968). Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. М., Наука, 370 с.

3. Арифов У.А., Аюханов А.Х., Стародубцев С.В. (1953). Докл. АН УзССР. с. 1-12.

4. Арифов У .А., Аюханов А.Х., Стародубцев С.В. (1954). ЖЭТВ. 26, 714.

5. Аюханов А.Х., Жаберганов Р., Турмашев Э. (1983). Вторичная ионная и ионно-фотонная эмиссия. Харьков, Туз. док., с. 35.

6. Бредихин Ф.А. (1934). О хвостах комет. М., ГТТИ, 236 с.

7. Всехсвятский С.К. (1958). Физические характеристики комет. М., Физматгиз. 575 с.

8. Всехсвятский С.К. (1967). Природа и происхождения комет и метеорного вещества. М., Просвещение, 183 с.

9. Гринберг Дж. М. (1984). Химическая эволюция межзвездной пыли, как возможный источник предбиологического материала. Сб. Кометы и происхождение жизни. М., Мир, с. 109-127.

10. Гринберг М. (1970). Межзвездная пыль, (перевод с англ. Хромова Г.С.). М., Мир, 170 с.

11. Добровольский О.В. (1961). Нестационарные процессы в кометах и солнечная активность. Душанбе: Из-во АН. Тадж. ССР, 194 с.

12. Добровольский О.В. (1966). Кометы. М., Наука, 288 с.

13. Добровольский О.В., Хашимов Н.М., Ибадинов Х.И. (1981). Об отрицательных ионах в кометах// "ДАН Тадж. ССР", т. 24, №9, с. 543546.

14. Добровольский О.В., Матвеев И.Н., Каймаков Е.А. (1977). Молекулы межзвездной среды и кометных ядер// Кометы и метеоры. №26, с. 3-8.

15. Долгинов А.З. (1967). Образование пылинок в атмосфере кометы в результате конденсации газа// Астрономический журнал, т. 4, №22, с. 18-21.

16. Дубинин Э.М., Измайлович. П.П., Подгорный И.М. (1982). Распределение магнитного поля в хвосте кометы Галлея, вытекающее из кинематики плазменного образования// Астр, журнал, т. 59, №5, с. 1006-1011.

17. Дубинин Э.М., Подгорный И.М. (1980). Магнитные поля небесных тел// Новое в жизни науки и техники. Серия космонавтика и астрономия, М., Знание, с. 64.

18. Егибеков П. (1969). Дезинтеграция кометных ядер и распределение продуктов распада// Автореф., канд. дисс., Душанбе. 14 с.

19. Ибадинов Х.И. (1998). Дезинтеграция кометных ядер. Докторская диссертация, М., ИКИ., РАН., 296с.

20. Ибадинов Х.И. Эволюция периодических комет в астероидоподобные тела// (2001). Известия, АН РТ. №1, с.75-86.

21. Ибадинов Х.И., Каймаков Е.А. (1970). Образование и разрушение пылевых матриц при сублимации запыленного льда// Кометы и метеоры. №19, с.20-24.

22. Ибадов С., Кадиров, Н., Насриддинов, А. (1980). О получении паров углерода ионной бомбардировкой// Кометы и метеоры, № 27, с. 24-31.

23. Ибадов С. (1980). Возможный источник атомов тугоплавких элементов в кометах // Кометы и метеоры, №29/30, с. 49 54.

24. Ибадов С. (1996). Физические процессы в кометах и родственных объектах. М., «Космосинформ», 181 с.

25. Каймаков Е.А. (1974). Возможные родительские молекулы кометных ядер// Проблемы космической физики. Киев, Вица школа, № 9, с. 141145.

26. Каймаков Е.А., Шарков В.И. (1971). Сублимация водяного льда с пылевыми включениями. Кометы и метеоры. №20, 5-7.

27. Каймаков Е.А., Ибадинов Х.И. (1971). К вопросу о действии света на запыленные льды//Кометы и метеоры. №20. с. 9-13.

28. Каймаков Е.А., Матвеев И.Н. (1980). Состав и структура кометных ядер// Кометы и метеоры. №28, с. 2-16.

29. Каймаков Е.А., Шарков В.И. (1967). Поведения водяного льда в вакууме при низких температурах// Кометы и метеоры. №15, с. 16-19.

30. Каймаков Е.А., Шарков В.И. (1971). Влиянию электролитов на сублимацию водяных льдов// Кометы и метеоры. №20, с. 5-7.

31. Каминский М. (1967). Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. Пер. с англ. М., "Мир", 506 с.

32. Кенъон Д., Стейман Г. (1972). Биологическое предопределение. М.

33. Левин Б.Ю. (1943). Выделение газов из ядра кометы и изменение ее абсолютного блеска// Астрономический журнал. Т. 20, №4, с. 37-48.

34. Левин Б.Ю. (1962). О строение ледяных ядер комет// Астрономический журнал. Т. 39, вып. 4, с. 763-765.

35. Левин Б.Ю. (1948). Изменение блеска комет в зависимости от их гелиоцентрического расстояние//Астр, журнал. Т. 25, вып. 4, с. 246-255.

36. Лизункова И.С. (1984). Лабораторного моделирование кометной пыли матричного типа// Кометный циркуляр. №319, с. 4.

37. Литвак М.Н. (1974). Негравитационные процессы в межзвездных молекулах// Сб. Космические мазеры, М., Мир, с 98-197.

38. Матвеев И.Н., Каймаков Е.А. (1980). Экспериментальное исследование вероятных родительских Na и Li содержащих молекул комет// Кометы и метеоры. №28, с. 17-25.

39. Николаев Е.Н., Танцырев Г.Д. (1967). Краткое содержание докладов IV Всес. конф. "Взаимодействие атомных частиц с твердим телом", Харьков, с. 15.

40. Орлов С.В. (1935). Кометы. М., ОНТИ, 195 с.

41. Орлов С.В. (1937). Тип хвоста кометы 1982 III и строение ее ядра// Астрон. журнал. Т. 14, с. 453-455.

42. Плешивцев Н.В. (1968). Катодное распыление. М., "Атомиздат". 343с.

43. Рийвес В.Г. (1952). Изменение интенсивности выделения газов из ядра кометы в зависимости от расстояния кометы от Солнца// Публикации Тартуский астроном, обсерв., №31, с. 117-121.

44. Родзиевский В.В., ТомановВ.П.(1970). К вопросу о происхождении почти параболических комет// Астон. журнал. Т.47, вып. 5, с.1094-1099.

45. Родзиевский В.В., ТомановВ.П.(1973). Новые данные в пользу межзвездного происхождения комет// Астрон. Вест. Т. 7, №2, с. 73-82.

46. Сафронов B.C. (1969). Эволюция до планетного облака и образования Земли и планет. М., Наука. 244 с.

47. Светов Ю.И. (1982). Метод комплексного моделирования кометных явлений. Автореф. канд. дисс. Ленинград.

48. Фокес К., Дозе К. (1975). Молекулярная эволюция и возникновения жизни. М.

49. Хашимов Н.М, Ибадинов Х.И., Шоёкубов Ш.Ш. (1989). Масс-спектральное исследование ионного распыления ледяных моделей кометных ядер. Кометы и метеоры. №39. с. 26-29.

50. Хашимов Н.М, Ибадинов Х.И., Шоёкубов Ш.Ш. (1994). Лабораторное исследования возможности образования тугоплавких веществ в кометах. ДАН РТ., 1994, Т. 37, № 1, С. 16-19.

51. Хашимов Н.М, Шоёкубов Ш.Ш. (1986). Лабораторное моделирование образования ионно-молекулярных кластеров в кометных ядрах. ДАН. Тадж. ССР, т.29, №7. с.402-405.

52. Хашимов Н.М., Шоёкубов Ш.Ш. (1989). Лабораторное моделирование образования ионов молекулярного углерода в кометах// ДАН Таджикской ССР. т. 32, №1, с. 22-25.

53. Чайковский Э.Ф., Евсеев В.М., Жиглов Ю.С., Сивко А.И. (1976). Сб. статей. Взаимодействие атомных частиц с твердым телом// Харьков. ч.З, с. 75-77.

54. Чередниченко В. И. Диссоциация и ионизация кометных молекул в поле фотонной и корпускулярной радиации Солнца// "Астрономический журнал". Т.36, с. 254-258.

55. Чурюмов К. И. (1992). Эволюционные физические процессы в кометах. Автореферат докторской диссертации. М. ИКИ, РАН. 104 с.

56. Шарков В.И. (1983). Экспериментальное моделирование ядер комет. Автореф. конд. дисс., Ленинград.

57. Шкловский И.С. (1960). Искусственная комета как метод оптических наблюдений космических ракет. Иск. спутники Земли, вып.4, 195-240.

58. Шкловский И.С., Есипов В.Ф., Курт В.Г.(1957). Искусственная комета// Астр. журн. т.36, вып.6, с.1073-1077.

59. Шмидт О.Ю. (1957). Четыре лекции о происхождении комет. М., изд. АНСССР.

60. Шоекукбов Ш. Ш. 1999 Сложные молекулы в кометах. Тезисы докладов международной конференции КАММАК 99, Украина, Винница.

61. Шульман Л.М. (1979). Молекулы в кометах. Препринт. ИКИ АН СССР. №458, с. 12

62. Шульман JT.M. (1982). Вклад пылинок конденсационного происхождения в интегральный блеск кометы// Астрометрия и астрофизика, т.46, с. 68-72.

63. Шульман JI.M. (1987). Ядра комет. М., Наука. 230 с.

64. Шульман. JI.M. (1982). Ионно-молекулярные кластеры в ядрах комет. Институт теоретической физики АН УССР, Киев. Препринт ИТФ 81-141Р, 22 с.

65. Altenhoff W.J., Betrla W., et al. (1983). Radioobservation of comet 1983 d// Astron. and Astrophys. 125, №2, 19-L, pp. 22.

66. Bessel F.L. (1836). Beobachtungen uber die physische Beschaffeneit des Halley'schen Kometen und dadurch veran-lafste Bemerkyngen// Astron. Nakr., Bd 13, №300-302, pp. 185-233.

67. Brown, W.L., Lanzerotti L J., Jonson R.E. (1982). Fast Ion Bombardment of Ices and Its Astrophysical Implications// "Science", v. 218, №4572, pp. 525-531.

68. Cameron A. G. W. Accumulation process in the primitive Solar Nebulla//Icarus, v. 18, No. 3, pp. 377 456.

69. Danielson L.R., Kozai G.H. (1960). Laboratory simulation of plasma phenomena in comets// J. Geophys. Research Space Physics, v. 73, №1, pp. 259-266.

70. Danielsson L.R. and Kasaai G.H. (1968). Laboratory simulation of plasma phenomena in Comets// Journal of Geophysical Research, Space Physics, №1, v. 73, pp. 259-266.

71. David W. H., Srakle T.M., Street R.A. (1974). Spatial distribution of cometary outbursts. Nature, 5484, v. 252, pp. 615-616.

72. Delsemme A.H., Miller D.S. (1970). Physical and chemical phenomena in comets// II. Gas absorption in the snows of the nucleus// Planet Space Sci. v.18, pp. 709-716.

73. Delsemme A.H., Wenger A. (1969). Report "Superdanse water ice"// Science. № 167, pp. 44-45.

74. Delsemme A.H., Wenger A. (1970). Physical and chemical phenomena in comets.//1. Experimental study of snows in a cemetery environment. Planet. Space Sc. v.18, pp. 709-716.

75. Delsemme. A.N. (1975). The volatile fractions of the cometary nuclei// Icarus. v.24.N.1, pp. 95-110.

76. Dobrovolsky O.Y., Hashimov N.M., Ibadinov Kh.I., Tarakanov V.L. (1982). On negative ions in comets// Cometary exploration. Budapest, Hungary, pp. 235-242.

77. Donn B. (1967). The origin and structure of ice cometary nuclei// Icarus. 2, pp. 5-6.

78. Donn В., Urey H.C. (1956). On the mechanism of comet outburst on the chemical composition of comet// Astrophysical J.,123, №2, part I, pp. 339342.

79. Fernandes J. A., Jockers K. Nature and Origin of Comets// MPAE preprint. W-82-12, p. 206.

80. Greenberg J. M., (1982). What a comet made of? Occas Repts, Roy. observ. Eclenbyrgh. 9, pp. 24-31.

81. Hashimov N.M., Ibadinov Kh.I., Shoyokubov Sh.Sh. (1994). Laboratory investigation of possibility of refractory substance production in comets// Proc. XIX General Assembly of European Geophysical, Society, Abstracts, Greauoble, France April.

82. Huebner W.F., Boice D.C. and Sharp C.M. (1987). Polyoxymethylene in Comet Halley// Astrophys. Jour, v.320, pp. 149-152.

83. Ibadinov. Kh.I., Rahmonov A.A., Hashimov N.M., Shoyokubov Sh.Sh. (1996). Some properties of cometary nucleus surface inferred from simulation experiments// Abstract 31st COSPAR Scientific Assembly, 14-21 July, England Birmingham, p. 63.

84. Ibadinov. Kh.I., Rahmonov A.A., Hashimov N.M., Shoyokubov Sh.Sh. (1992). Laboratory Simulation of some comets formation and destruction process// Abs.29th COSPAK Plenary Meeting USA, Washington, 2 August.

85. Ip W. H., Mendis A. On the effect of accretion and fragmentation in interplanetary matter streams// Astrophysics and Space Science, 1974, v. 30, No. l,pp. 233-241.

86. Jackson W. M., 1976 Laboratory observations of the photochemistry of parent molecules// A review SC. pp. 679-702.

87. Jaegermann R. (1930). Bredichin" s mechanische Untersuchungen uber Cometenformen. СПб.

88. Johnson R.E., Lanserotti L.J., Brown W.L., Augustyniak W.M., Mossil C. (1983). Charged particles erosion of frozen volatiles in ice grains and Comets// Astronomy and Astrophysics, v. 123, №2, pp. 343-346.

89. Kaimakov E.A., Matveev J.N. (1979). The role of organic compounds in comets// Препринт/ФТИ АН СССР №628 Л., p. 17.

90. Klinger J. (1980). Influence of place transition of ice on the heat and mass balance of comets// Science. 209,4453, pp. 271-272.

91. Krankovsky D. (1991). The composition of comets in the Post-Halley Era// The Netherlands: Klumer Ac. Publ. v.2, pp. 855-877.

92. Krankovsky D., et. al. (1986). Evidence for HCS and CH SH in the inner Coma of Comet Halley// "20 ESLAB Symposium on the Exploration of Halley's Comet". Heidelberg, Germany, 27-31 October, v.l, pp. 383-386.

93. Krankovsky D., Lammerzahl P., Herrwerth I., et al. (1986). In situ gas and ion measurements at Comet Halley// Nature, v. 321, №6067, pp. 326-329.

94. Krasnopolsky Y.A., Gogoshev M., Moreels G., et al (1986). Spectroscopic study of Comet Halley by the Vega-2 three channel Spectrometer// Nature, v. 321, №6067, pp. 269-270.

95. Kuiper G. P. (1951). On the origin of the Solar system// Astrophysics. A. Topical Symp. (Ed. J. A. Hinek). New York, pp. 337 - 424.

96. Lust R. (1971). Chemistry in comets// Cosmo, and Geochem. Berlin. Acad., pp. 73-98.

97. Lyttleton R. A. (1948). On the origin of comets//MN, v. 108, No. 6, pp. 465 -475.

98. Marsden B.G. Catalogue of cometary orbits 1996. 11th ed. IAU, Minor planet centre, 110.

99. Minaert M.G. (1947). On the temperature of cometary nuclei// Prok. Chronicles Nederlandssche Acad. van. Wetenschappen. v. 50, №8, 826-835.

100. Mitchell G.F. (1981). et al Astrophysical J. v. 244, p. 1087.

101. Moore M.H, Donn B, Khanna R and A'Hearn M.F. (1983). Studies of proton irradiated Cometary-type ice mixtures. "Icarus", v. 54, №3, pp. 388-405.

102. Moreels G, Gogoshev V., Krasnopolsky V.A., et al. (1986). Near ultraviolet and visible spectrophotometry of Comet Halley from Vega-2. "Nature", v. 321, N6067, p. 271.

103. Oort J. H. (1959). Origin and development of comets// Obs. 71, 863,129.

104. Patashnic H., Rupprecht G., Schurman D. (1974). Energy source for comets outburst// Nature, v. 250, №5464, pp. 314-315.

105. Reinhard R. (1986). Nature, v.321, N6067, pp. 313-318.

106. Sagdeev R.Z., Blamont J., Galeev A.A. et al. (1986). Vega spececraft encounters with Comet halley// Nature, v.321, N6067, pp. 259-262.

107. Shinizu M. (1977). Volaties in the cometary nuclei// Solar terrest. Envicok. Res. Jap. I, pp. 56-58.

108. Smoluchowski H. (1981). Amorphous ice and the behaviour of cometary nuclei// Astrophys. J. v. 244,1, pp. 31-34.

109. Stief L. J. (1972) Origin of C3 in comets// Nature. V.237, No. 5349, p. 29.

110. Stief L. J., de Carlo V. J. (1965) Origin of the 1ЧН(а3п)-(х3£~) emission in comets // Nature. V. 205, No. 4974. p. 1197.

111. Swings P.,Delsemme A. (1952). Hydrate de gas danse les nogdux cometaires et les grain interstellaires// Ann. d'Astrophys. pp. 15, 1-6.

112. Urey H.C. (1952). The planets// Kalef. Univ. Press, New-York, USA.

113. Urey H.C. (1958). The early history of solar system on indicated by the meteorites// Proc. Chem. soc., London, England, pp. 67-69.

114. Van Flandern Т. C. A former asteroidal planet as origin of comets// Icarus, 1978, v. 36, p. 51.

115. Vekhof L. (1981). Negative ions in Comets. "The Moon and Planets", v. 24, №2, pp. 157-173.

116. Which B.L., Conckin K. (1974). Detection of methylcyanidein comet Kogoutek//(1973f). Nature, v.248, №5444, pp. 121-122.

117. Whipple F.L. (1950). A comet model// l.The acceleration of Comet Encke Ap. J. v. Ill, N.2, pp. 375-394.

118. Whipple F.L. (1951). A comet model// II. Physical relation for comets and meteors. Astrophys. J. 113, pp. 464-474.

119. Whipple F.L. (1953). On the ice conglomerate model for comets// Soc. Roy. Sc. League, v. 13,1-2, pp. 321-329.

120. Whipple F.L. (1964). The history of the solar system// Proc. Nat. Acad. Sc. USA. 52, pp. 565-594.

121. Whipple F.L. (1976). The nucleus: panel discussion// Proceeding of IAU colloquium №25, In: The study of comets. Ed. by Donn et al, NASA. Pp. 622-635.

122. Whipple F.L. (1978). On the nature origin of the comets and their contribution of planets// Moon and planets. 19, 2, pp. 305-315.