Леониды

Самые ранние задокументированные сообщения о наблюдениях метеорного потока Леониды (имевших место на территориях Китая, Египта и современной Италии) относятся к 902 году^{[15][14][16][17]} (по некоторым другим сведениям, поток известен уже почти 3800 лет^[18]). Одна из историй гласит, что Леониды озарили небо в день похорон Иоганна Кеплера в середине ноября 1630 года и были восприняты современниками как почётный салют от самого Бога^[15]. Мощные потоки Леонид происходили в 1766, 1799, 1832—1833, 1866—1867^[1], 1966^[2][14], 1999^[9], 2001 и 2010 годах^[3]. В частности, немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр фон Гумбольдт стал свидетелем грандиозного метеорного дождя Леонид в Кумане (Венесуэла) в ночь с 11 на 12 ноября 1799 года^{[19][20][15][21]}, когда он наблюдал тысячи метеоров и болидов на протяжении 4 часов^[22][23]. Согласно воспоминаниям местных жителей Куманы, они наблюдали очень похожее явление перед землетрясением 1766 года^[22][15]. Однако научное исследование Леонид началось только после сильного метеорного дождя 1833 года^[19], наблюдавшегося жителями Западного полушария Земли в ночь с 12 на 13 ноября^[24]. Именно тогда был определён радиант метеорного потока, установлена его периодичность и доказано космическое происхождение^[25]. Данное событие стало важной вехой не только в изучении Леонид, но и в становлении метеорной астрономии как науки в целом^[26].

Вечером 12 ноября 1833 года, в течение нескольких часов после захода Солнца, некоторые американские астрономы заметили необычное количество метеоров в небе. Ближе к концу ночи, в течение 4 часов перед рассветом, в восточной части Северной Америки (на территории от Атлантического океана до Скалистых гор^[27]) всё небо озарилось метеорами, число которых достигало тысячи в минуту (рис. 1). Событие вызвало большой общественный резонанс. Многие люди были разбужены криками соседей или вспышками света, освещавшими их спальни^[21]. Суеверные люди увидели в этом наступление Судного дня. Как стало ясно позднее, событие наблюдали и многочисленные индейские племена на западе США^[26]. Это событие было увековечено в легендах индейцев и в песнях темнокожих рабов^[27]. Ирландско-британская писательница Агнес Клерк в своей книге 1885 года описывала его так:

В то время истинная природа метеоров ещё не была достоверно известна, но в последующие дни и недели после метеорного дождя возникло множество гипотез, пытавшихся объяснить его. Одна из них, опубликованная американской газетой Charleston Courier, гласила, что феномен был вызван воспламенением газов, выделившихся из погибших от мороза растений. Другая, опубликованная в вашингтонской газете United States Telegraph, объясняла вспышки света электрическими разрядами, которые возникли вследствие ночного остывания наэлектризованного воздуха, принесённого накануне сильным южным ветром^[26].

Правильное объяснение данного явления дал профессор математики и натурфилософии Йельского университета Денисон Ольмстед в январе 1834 года. Он обратил внимание, что метеоры появлялись из одной точки на небе в созвездии Лев, и сделал вывод, что их траектории параллельны друг другу в пространстве, а видимое расхождение в стороны объясняется эффектом перспективы^[24]. К тому же он заметил, что похожее событие произошло годом ранее, когда в ноябре 1832 года в Европе и на Ближнем Востоке наблюдалось аномальное количество метеоров (откуда следовало, что явление обладает ежегодной периодичностью). Всё это навело его на мысль, что причиной возникновения метеоров было прохождение Земли через космическое облако частиц. Хотя точная природа данного облака ещё не была установлена, это положило начало более серьёзному изучению метеорных потоков^[26].

В 1863 году американский астроном Хьюберт Ньютон, изучая архивные записи о древних метеорных потоках за последние 2000 лет, выявил периодическую повторяемость некоторых из них примерно в одни и те же даты. В частности, он идентифицировал предыдущие появления метеорного потока Леониды в 585, 902, 1582 и 1698 годах. В 1864 году он дополнительно идентифицировал возвращения Леонид в 931, 934, 1002, 1202, 1366 и 1602 годах. В итоге Ньютон определил период повторяемости Леонид, оказавшийся равным 33,25 года, и предсказал их следующее возвращение 13—14 ноября 1866 года. Предсказание сбылось: в 1866 году наблюдался сильный метеорный дождь^[1], свидетели которого сообщали о появлении 2000—5000 метеоров в час. Затем Леониды наблюдались в 1867 году, однако из-за лунного освещения частота обнаружения метеоров снизилась до 1000 в час. В 1868 году часовое число метеоров составило 1000 уже при тёмном небе^[26].

1867 год ознаменовал важный этап в понимании происхождения и эволюции Леонид. 19 декабря 1865 года немецкий астроном Эрнст Темпель, работавший тогда в Марсельской обсерватории, открыл круглую комету 6-й звёздной величины вблизи Большого Ковша. Позднее, 6 января 1866 года, её независимо переоткрыл американский астроном Хорас Таттл из обсерватория Гарвардского колледжа, после чего она стала называться кометой Темпеля — Таттла (в русском языке исторически закрепилось название «Темпеля — Туттля»). Расчёт её орбиты в 1867 году показал, что комета имеет короткий орбитальный период, равный 33,17 года. На основе наблюдательных данных о Леонидах 1866 года Урбен Леверье вычислил точную орбиту метеороидного роя Леонид, а Кристиан Петерс, Джованни Скиапарелли и Теодор Оппольцер независимо друг от друга отметили поразительное сходство между орбитами кометы и метеороидного роя^[26].

В 1899 и 1933 годах, несмотря на прогнозы, высокая активность Леонид не наблюдалась, поскольку орбита метеороидного роя удалилась от земной орбиты под действием гравитационных возмущений со стороны планет Солнечной системы^[1] (Юпитера и Сатурна^[26]). В 1899 году максимальная частота появления метеоров составила около 40 в час. Зато Леониды были сильны в 1901 году, когда наблюдатели в западной части США оценили частоту в 300—400 метеоров в час. Повышенная активность окончательно пошла на спад после 1903 года^[26].

В течение 1940—1950-х годов частота появления метеоров сохраняла свой «нормальный» характер — около 10 в час. Однако этот период ознаменовался следующей важной вехой — началом радиолокационных наблюдений метеоров. Впервые Леониды были зарегистрированы радиолокационным методом в обсерватории Джодрелл-Бэнк: в 1946 году максимальное количество обнаруженных таким образом метеоров составило 24, а в период с 1947 по 1953 годы — всего лишь от 3 до 11^[26].

Следующий сильный всплеск активности Леонид случился в ночь с 16 на 17 ноября 1966 года. Наблюдатели в Аризоне и Калифорнии подсчитали, что утром 17 ноября в течение примерно 10—15 минут метеоры появлялись с частотой 40—50 в секунду^[26] (что соответствует часовому числу метеоров более 140 тысяч^[21]). В районе Гавайских островов регистрировалось до 40 тысяч метеоров в час^[3]. С 1967 по 1969 год активность потока сохранялась на уровне 100—150 метеоров в час и снизилась до «нормальных» значений (15 метеоров в час) в 1970 году. Затем наблюдался новый подъём активности — до 170 метеоров в час в 1971 году и 40 метеоров в час в 1972 году. После этого часовое число метеоров надолго вернулось к средним показателям^[26]. В 1998 году наблюдалось впечатляющее зрелище из сотен болидов, за которым в 1999, 2001 и 2002 годах последовали метеорные дожди, во время которых были замечены тысячи метеоров в час^[21].

В 2010 году для Леонид прогнозировалось зенитное часовое число около 20^[29], наблюдаемое значение в максимуме превысило 30^[30]. Хотя в это время растущая Луна находилась в большой фазе, она не сильно мешала наблюдениям, поскольку зашла за горизонт в 2—3 часа по местному времени и у наблюдателей оставалось достаточно тёмного времени между заходом Луны и началом рассвета для измерения активности потока^[29].

Радиант метеорного потока Леониды расположен в созвездии Лев^[1][2][3], в «голове» соответствующего астеризма, рядом с относительно яркими звёздами Альгиеба (γ Льва) и Адхафера (ζ Льва) визуальной звёздной величины 2,37^[31] и 3,41^[32] соответственно (рис. 3). В максимуме активности потока экваториальные координаты радианта на небесной сфере составляют: прямое восхождение α = 154° (10^h 16^m), склонение δ = +22°^{[3][13][9][7][6]}. Как и у других метеорных потоков, в течение периода активности потока его радиант смещается по небесной сфере. Суточное смещение радианта Леонид составляет Δα = +0,7° по прямому восхождению и Δδ = –0,4°^[10]. Это связано с тем, что вследствие кривизны орбит Земли и метеороидного роя каждый день меняются условия встречи Земли с метеорными телами роя (вследствие чего меняются направления их прилёта)^[18].

Леониды действуют ежегодно в период между 3 ноября и 2 декабря^[3][4] с максимумом активности в интервале 16—18 ноября^{[1][3][4][5][6][7][8][9][10]}. Одновременно с Леонидами, наблюдаются и другие, более слабые метеорные потоки^[26].

Зенитное часовое число потока варьируется от года к году^[3], чаще всего составляет около 10—15^{[13][7][5][6][8]}. В начале и конце периода активности Леониды едва заметны, но в ночь максимума обычно можно наблюдать около 10 метеоров в час. Примерно каждые 33 года, когда родительская комета потока проходит вблизи орбиты Земли, Леониды вступают в фазу повышенной активности. В эти периоды интенсивность может достигать сотен и даже тысяч метеоров в час^[26].

Метеоры Леонид — яркие, часто бывают цветными (рис. 4). Они обладают высокой скоростью и считаются одними из самых быстрых метеоров^[4]. Метеоры оставляют за собой длинные следы на небе^[3]. В особых случаях эти следы могут сохраняться на протяжении 8—10 минут. Из-за своей огромной скорости метеоры имеют зелёный или голубой оттенок^[21].

Метеорные потоки возникают вследствие того, что Земля при своём годичном движении вокруг Солнца проходит через облако метеороидов и частиц пыли, называемый метеороидным роем. Обычно такой рой представляет собой множество фрагментов более крупного тела Солнечной системы, чаще всего — кометы. Ядра комет состоят из различных льдов, смешанных с пылью и более крупными каменистыми фрагментами. Когда комета в процессе обращения вокруг Солнца приближается к нему, летучие соединения в её ядре нагреваются и сублимируются, вследствие чего тугоплавкие частицы теряют связь с ядром кометы и начинают двигаться независимо от него вдоль той же орбиты. В молодом рое, недавно образовавшемся от кометы-родоначальницы, частицы сосредоточены в относительно небольшом объёме пространства, образуя компактное сгущение на каком-то участке орбиты. В дальнейшем под влиянием гравитационных возмущений со стороны планет и других факторов рой становится более широким и со временем «расползается» вдоль всей орбиты^[13][33].

Метеороидный рой, порождающий Леониды (рис. 5), движется вдоль орбиты с большой полуосью, по разным данным, от 2,52 до 15,2 а. е., эксцентриситетом 0,610—0,918 и наклонением к плоскости земной орбиты около 162—163°. Расстояние орбиты от Солнца в перигелии составляет 0,982—0,985 а. е. (в перигелии метеороиды роя проходят вблизи орбиты Земли)^[34][13][35].

Источником метеороидного роя Леонид являются частицы кометы 55P/Темпеля — Туттля (1862 I)^[4][11], которая обращается вокруг Солнца по орбите с большой полуосью 10,34 а. е. и эксцентриситетом 0,906. В перигелии комета приближается к Солнцу на расстояние 0,976 а. е, а в афелии удаляется от него на 19,7 а. е. Плоскость орбиты кометы наклонена к плоскости земной орбиты на 162,5°. Период обращения кометы составляет 33,24 года^[12].

Тот факт, что наклонение орбиты кометы больше 90°, означает, что сама комета и выброшенные ею метеороиды обладают ретроградным движением вокруг Солнца, т. е. движутся в направлении, противоположном направлению движения Земли. Поэтому, когда Земля пересекает метеороидный рой, его частицы движутся навстречу Земле^[36] и их геоцентрическая скорость при вторжении в земную атмосферу оказывается очень большой — около 70—71 км/с^{[4][7][8][3][34]}. По этой причине метеоры потока имеют высокую яркость и длинные следы. При этом кинетическая энергия частиц крайне высока и превышает энергию испарения самого тугоплавкого вещества, вследствие чего метеорные тела сгорают полностью и вероятность выпадения метеоритов на поверхность Земли близка к нулю^[3].

Метеороидный рой Леонид является относительно молодым^[13]. Поэтому, хотя его частицы распределены вдоль всей орбиты, на близком к комете участке концентрация частиц во много раз больше, чем в остальной части роя. Поэтому слабые потоки Леонид наблюдаются каждый год, но крупные метеорные дожди случаются примерно раз в 33 года, когда не только Земля проходит через метеороидный рой, но и комета проходит вблизи земной орбиты (и вблизи перигелия своей орбиты). Таковы были метеорные дожди 1766, 1799, 1832, 1866 и 1966 годов^[14]. В последний раз комета прошла перигелий в 1998 году, и вновь вернётся лишь в 2031 году^[3]. Тем не менее, анализ наблюдаемых характеристик метеорных потоков показывает, что плотная часть метеороидного роя значительно вытянута вдоль орбиты. Так, например, плотная часть роя, породившая метеорный дождь 1833 года, отставала от кометы на 300 суток (около 10 месяцев); а та, что породила дождь 1966 года, — более чем на 18 месяцев^[37].

Прогнозы активности потока, основанные на 33-летней повторяемости метеорных дождей, не всегда сбываются. Причина этого в том, что орбита метеороидного роя Леонид подвержена сильному гравитационному возмущению со стороны двух самых крупных и массивных планет-гигантов Солнечной системы — Юпитера и Сатурна. Сблизившийся с ними участок роя отклоняется от первоначальной орбиты, вследствие чего меняется условие встречи Земли с ним. По этой причине участки роя, дававшие в прошлом сильные метеорные дожди, после 1866 оказались отдалёнными от земной орбиты и поэтому не было метеорных дождей в 1899 и 1932—1933 годах^[14]. Предполагается, что следующий поток, сравнимый по мощности с тем, что был в 1966 году, произойдёт лишь в 2099 году^[3]. В 2031 и 2064 годах сильных метеорных дождей не ожидается^[7].

В 1934 году была опубликована автобиографическая книга Stars Fell on Alabama (с англ. — «Звёзды падали на Алабаму») американского писателя Карла Кармера (англ. Carl Lamson Carmer; 1893—1976) родом из Нью-Йорка. В этой работе он описал свой опыт северянина, переехавшего в 1920-х годах в Таскалусу, чтобы преподавать в Алабамском университете. В книге среди прочего обсуждается значение метеорного дождя Леонид 1833 года для народной культуры жителей штата^[38].

После этого в том же году появилась популярная джазовая песня под названием Stars Fell on Alabama, которую исполняли Фрэнк Синатра, Элла Фицджералд, Луи Армстронг и др.^[38][27] Метеорный дождь 1833 года и упоминающая его песня отражены в номерных знаках автомобилей жителей Алабамы: они содержат изображение звёздочек и нот с надписью Stars Fell on Alabama^[27].