Бомбардировки галактическими кометами

В промежутках между редкими взаимодействиями со звездами наиболее мощным источником воздействий являлись массовые падения на Землю галактических комет.

Галактические кометы – это открытый автором [77] новый класс крупных космических тел, интенсивно бомбардирующих Солнечную систему в периоды ее пребывания в струйных потоках и спиральных рукавах Галактики. В настоящее время эти кометы совершенно не доступны обнаружению с Земли средствами астрономии. Поэтому все, что сегодня о них известно, получено на основе изучения следствий их выпадения на нашу и другие планеты Солнечной системы [1].

Фактические данные свидетельствуют, что падения галактических комет носят характер кометных ливней. В фанерозое они циклически повторялись с интервалом в 19¸37 млн. лет (см. рис.11). За время одной бомбардировки длительностью 1-5 млн. лет на Землю могло выпадать ~10⁴¸10⁷ таких тел. Наиболее интенсивны падения комет на участке перигалактия солнечной орбиты, что приводило к почти строгому повторению сильных бомбардировок с периодом аномалистического галактического года – границы эр. Бомбардировки средней силы отвечали моментам пересечения Солнцем областей звездообразования галактических рукавов – границы периодов. Остальные бомбардировки были слабее, они нашли отражение как границы эпох фанерозойской шкалы [46].

Последствия падений галактических комет на небесные тела с атмосферой и без атмосферы не одинаковы [1]. На Меркурии, Луне, а также Марсе, имеющем очень разреженную газовую оболочку, в месте удара кометы возникает кратер диаметром ~10¸200 км. Эти кратеры резко отличаются от кратеров, вызванных падениями астероидов и комет Солнечной системы, примерно в 100 раз большей численностью, меньшим отношением глубины к диаметру и экспоненциальным распределением по размерам
(рис.14).

Рис. 14. Интегральное распределение кратеров на Луне, Марсе и Земле. Распределения кратеров на Луне и Марсе построены по данным [78], а на Земле по данным [79].

Другим важным отличием кратеров, созданных галактическими кометами, является их асимметричное расположение относительно экватора планет. Эта особенность наиболее ярко выражено у Марса (рис.15).

Рис. 15. Морфология поверхности Марса по данным [80]. Сплошь покрытое кратерами южное (континентальное) полушарие приподнято на 2-4 км и отделено от слабо кратерированного северного (морского) полушария резкой тектонической границей, получающейся как след сечения сферической поверхности Марса плоскостью, наклоненной к оси вращения планеты под углом 45° [81].

Крупные импактные кратеры Земли имеют исключительно астероидное происхождение. Распределение их по диаметрам носит обратно квадратичный характер, а их общее число в 10-100 раз меньше, чем кратеров такого же размера на Луне, Меркурии и Марсе. В атмосфере Земли галактические кометы полностью разрушаются и достигают поверхности планеты в виде гиперзвуковой ударной волны, которая не создает кратера [82]. Почти вся огромная кинетическая энергия кометы, как мы полагаем [58], передается астеносфере и в последующем выделяется в мощных тектонических процессах.

Тектонические следствия падений комет на континенты и в океаны различаются [58]. При падении комет на «толстую» континентальную плиту происходит разогрев и плавление больших объемов вещества астеносферы под плитой, что вызывает поднятие поверхности в месте удара на 1-4 км. По-видимому, именно такие структуры с возрастом поднятия ~1¸5 млн. лет обнаружены на разных континентах земного шара [83].

Особенно широко процессы поднятия происходят тогда, когда максимум кометных падений приходится на полярные области Земли [58]. Эти времена отмечены как периоды появления суперконтинентов и крупнейших материковых оледенений (рис.16).

Рис. 16. Сопоставление плотности падений на Землю галактических комет (а) с эмпирически установленными границами циклов Бертрана [57] и периодами существования [84] суперконтинентов Пангея и Паннотия (б), а также границей широтного распространения ледниковых покровов (в). Цифры у линий изоденс (рис. а) – проценты максимальной интенсивности; узкие горизонтальные полосы – эпохи кометных бомбардировок, вне полос расчеты физического смысла не имеют. Сплошные линии (рис. в) – фактические данные[85], пунктирные линии – расчет [86]. С и Ю – оледенения, вызванные падениями комет на Северный и Южный полюсы планеты.

В случае падения кометы в океан, где толщина литосферы мала, в месте удара в астеносфере на глубине ~10-100 км от поверхности образуется длительно существующий геодинамический очаг. Из него происходит интенсивное излияние лав, приводящее к росту подводной горы. В процессе раздвижения океанического дна эти горы – действующие вулканы, могут достигать высоты 5-6 км (рис. 17).

Рис. 17. Распределение высот подводных гор на дне Атлантического океана разного возраста по данным [87]: 1 – плейстоцен-олигоцен (0-33 млн. лет), 2 – эоцен (55 млн. лет), 3 – поздний мел (100 млн. лет).

Количество подводных гор на Земле – порядка нескольких сотен тысяч, а занятая ими площадь ~6¸10% всей поверхности дна океана [88]. Эти данные хорошо согласуются с большой численностью кратеров на Марсе и Луне, а также малых вулканов на Венере [89] – аналогов подводных гор Земли. Энергетические оценки показывают [90], что создание таких гор вполне по силам даже мелкой галактической комете.

На основании всей совокупности имеющихся данных найдено, что ядра галактических комет, по-видимому, характеризуются размерами 100¸2500м, массой ~10¹²¸10¹⁷ г и энергией ~10²⁰¸10²⁵ Дж, а плотность их вещества составляет ~1.0 г/см³.

Падения астероидных тел

Рубежи геохронологической шкалы, начиная с веков и ниже, отвечающие циклам 0.1¸10 млн. лет, хорошо объяснимы случайными столкновениями Земли с крупными одиночными астероидами километровых размеров [54, 63]. Такие астероиды поступают в околоземное космическое пространство вследствие столкновений тел астероидного пояса с галактическими кометами в периоды кометных бомбардировок.

Любое падение крупного астероида, вне зависимости от того приходится ли оно в океан или на сушу, представляет для нашей планеты серьезную катастрофу [91]. Она на долгое время выводит природную систему Земли из равновесия. Во всех случаях такое падение сопровождается испарением и выбросом в атмосферу больших количеств газа и (или) пыли, что влечет за собой изменение климата, массовую гибель живых организмов и ряд других важных следствий, которые при современной геологической изученности пород фанерозоя не остаются незамеченными.

В фанерозое произошло ~200 событий, которые можно трактовать как столкновение Земли с крупными одиночными астероидами ³3.5±1.0 км в диаметре [54]. Эти столкновения носили во времени сугубо случайный характер и в среднем повторялись каждые 2.9 млн. лет. Вероятность отнесения таких событий к разряду веков составила 0.45. То есть более их половины в геохронологической таблице пропущено. Падения тел меньшего размера происходили чаще, однако они имели более локальные последствия. Подавляющее большинство таких событий в геохронологии не фиксируется.

Энергия выпавших комет и астероидов, усредненная по фанерозою, составляет ~10²¹ Дж/год. Эта величина намного превышает современное выделение энергии Земли [64] в результате сейсмических движений 1.05´10¹⁸ Дж/год, вулканической деятельности 2.4´10¹⁸ Дж/год и тектонической активности 7.2´10¹⁸ Дж/год и вполне сопоставима с теплоизлучением нашей планеты 9.8´10²⁰ Дж/год [65, 92]. Поэтому циклические падения на Землю астероидов и комет необходимо рассматривать как один из основных источников энергии современных вулканических и тектонических процессов.

Количество метеоритного вещества, выпавшего на нашу планету в фанерозое, оценено ~1.6´10²⁰ г, что равно ~3´10^-6 массы пород земной коры. Средний темп его поступления на Землю составил ~2.75´10¹¹ г/год, что в 4 раза выше оценок современных астрономических наблюдений [93]. Отсюда сделан вывод, что общее число астероидов в Солнечной системе, как в поясе, так и за его пределами, со временем убывает.

13. Кометы Солнечной системы

До открытия явления струйного истечения вопрос о происхождении комет Солнечной системы оставался в высшей степени дискуссионным. Их свойства трудно объяснить захватом комет галактического происхождения Солнцем, так и образованием этих тел в самой Солнечной системе. Ошибочно считать их и поступающими из кометного облака Оорта [94], возникшего при образовании Солнечной системы. При взаимодействиях Солнца с другими звездами или при его пролете через сгущения космической пыли и газа такое облако комет неизбежно прекратит свое существование [95, 96].

Галактоцентрическая парадигма решает проблему комет Солнечной системы иначе [1]. Все эти кометы, как долгопериодические, так и короткопериодические, рассматриваются как захваченные притяжением Солнца продукты столкновений комет струйных потоков Галактики с телами астероидного пояса (рис. 18).

Рис. 18. Сечение кольца астероидов плоскостью, перпендикулярной эклиптике и проходящей через Солнце: заштрихованы области с разной пространственной плотностью тел. Показаны петли, которые делают в этой плоскости наиболее крупные астероиды Паллада, Церера и Веста [97].

Сечения разрушения галактических комет в столкновениях в астероидном поясе много больше вероятности их выпадения на Солнце, не говоря уже о планетах (рис. 19).

Рис. 19. Сечения разрушения галактической кометы в астероидном поясе в зависимости от диаметра кометного ядра. Пунктирная линия – площадь поперечного сечения Солнца.

Анализ показывает, что при столкновении комет и астероидов оба тела дробятся и испаряются, а их вещество физически и химически перемешивается. Поэтому кометы Солнечной системы представляют собой конгломерат [98] из кометного вещества галактического происхождения, смешанного с большим или меньшим количеством твердого (обломочного) и газообразного (испарившегося) материала астероидов.

Большинство комет Солнечной системы, как короткопериодических, так и долгопериодических, возникли 1¸5 млн. лет назад в период последнего пребывания Солнца в струйном потоке Ориона-Лебедя. Различия их орбит и состава вещества легко объясняются лишь разной начальной скоростью выброса обеих групп комет из пояса.

Короткопериодические кометы покинули пояс близко к плоскости эклиптики и с относительно малыми скоростями, что не позволило им далеко удалиться от Солнца. С момента рождения они совершили многие тысячи оборотов вокруг Солнца и теперь смогли сохраниться лишь в промежутках между орбитами планет-гигантов [99].

Долгопериодические кометы, наоборот, были выброшены из пояса во всех направлениях, причем со скоростью близкой критической»25 км/с. Вследствие движения Солнца по орбите с ускорением, при возвращении этих комет назад к Солнцу их первоначально эллиптические траектории трансформируются в слабопараболические и слабогиперболические, что приводит к потере данной кометы Солнечной системой. Сегодня преимущественно наблюдаются долгопериодические кометы, завершающие свой первый оборот вокруг Солнца. Радиус их орбит, по третьему закону Кеплера, составляет ~10⁴¸10⁵ а.е., а направление прилета в Солнечную систему близко к изотропному.

Тем самым, никакого избытка комет на периферии Солнечной системы нет. А то, что называют «кометным облаком Оорта» является лишь геометрическим местом афелиев орбит вторичных комет, впервые после вылета 1¸5 млн. лет назад из астероидного пояса возвращающихся к Солнцу. Общее число долго- и короткопериодических комет существующих сейчас около Солнца оценено величиной ~10⁷ [1].

В отличие от короткопериодических комет, потерявших под действием солнечной радиации значительную часть льдистого газопылевого галактического вещества, долгопериодические кометы эти льды сохранили. Вещественный состав комет Солнечной системы (табл. 4) позволяет полагать, что доля воды в галактических кометах может достигать ~80¸90 %, углерода – 5¸10 %, а суммарное содержание более тяжелых химических элементов – первые проценты.