Le Comete - cortinastelle

Le Comete
INDICE
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Comete nella storia
Modelli Cometari
Struttura
Classificazione
Origine
Destino
Comete e Vita
Missioni Spaziali
LA VISIONE POPOLARE
• La “cometa” della
Natività
• Superstizioni e
credenze popolari
Giotto: La Natività
Padova Cappella degli Scrovegni
Oriente e Occidente
• Le osservazioni medioevali
• Le osservazioni cinesi
L’era moderna
• Brahe (1546-1601)
Capì che si trattava di corpi celesti lontani
• Keplero (1571-1630)
Scopritore delle 3 leggi sul moto planetario
• Galileo (1564-1642)
Per primo puntò un telescopio in cielo
• Newton (1642-1727)
Scoprì la legge di gravitazione universale
• Halley (1656-1742)
Intuì che le comete tornavano
periodicamente vicino al sole
La cometa Donati a Parigi 1858
La Cometa di Halley
• E’ la più famosa
cometa della storia
• Ha un’orbita di circa
76 anni
• Passata l’ultima volta
nel 1986, ritornerà nel
2061
Cometa di Halley, marzo 1986
Modelli Cometari
Modello “ mucchio di ghiaia”: Comete costituite da un insieme di materiale meteoritico di natura
porosa e contenenti una gran quantità di gas molecolare che
Andava a generare la chioma.
Abolito
Modello “ palla di neve sporca”: Comete costituite da un nucleo compatto composto da materiale
(Whipple, 1950)
volatile e ghiaccio.
Supera due ostacoli che il precedente modello non riusciva a
spiegare:
• un corpo riesce a passare nelle vicinanze del Sole senza volatilizzare
del tutto
• il fenomeno del ritardo o anticipo del passaggio di una cometa al
perielio è dovuto all’effetto-razzo.
Visione artistica di un
nucleo cometario.
Se la rotazione del nucleo è concorde con il moto di rivoluzione, la reazione del getto spingerà la
cometa in avanti sull’orbita allargandola e facendo aumentare il periodo (ritardo), al contrario se il
nucleo ruota in direzione opposta, l’effetto razzo causerà una forza frenante diminuendo così il
periodo (anticipo).
Struttura
Da un punto di vista osservativo le comete sono formate da tre parti:
IL NUCLEO: agglomerato di polvere, frammenti rocciosi e ghiacci volatili (l’acqua costituisce circa
l’80% della massa). A grandi distanze dal Sole la cometa è composta dal solo nucleo. Dalla Terra uno
studio diretto è impossibile quando si trova lontano, mentre quando si trova ad una distanza tale da
poter essere osservato è “nascosto” dalla chioma.
Nucleo della cometa Borrelly.
Rappresentazione di un
nucleo cometario.
Nucleo della
cometa Wild 2.
Il cuore della cometa
• Il nucleo della cometa è molto
simile ad un enorme iceberg
volante, ricoperto da una crosta
di materiale organico scuro, al
cui interno vi sono grandi
quantità di ghiaccio d’acqua che
fuoriesce sotto forma di getti di
vapore da spaccature della
crosta
• I nuclei cometari hanno
dimensioni di alcuni chilometri,
ma materiale sufficiente per
decine di passaggi nei pressi del
Sole
Nel regno del Sole
• Quando una cometa si avvicina
al Sistema solare interno, la
sua superficie ghiacciata
sublima al calore del Sole ed
inizia ad emettere materiale
che va a formare dapprima la
chioma, poi la coda di ioni ed
infine quella di polveri
• La coda di gas è azzurra e
rettilinea, rivolta sempre dalla
parte opposta del Sole; quella
di polveri è gialla e ricurva e
tende a seguire l’orbita della
cometa
LA CHIOMA: densa nube di ossido di carbonio, anidride carbonica e altri gas neutri che vengono
sublimati dalla radiazione solare ad una distanza di circa 6-7 UA, di acqua che sublima a 3 UA. Si
presenta di forma sferica o leggermente oblata; le sue dimensioni variano sia in base alla distanza dal
Sole sia in base alla sua composizione chimica.
Sono state rilevate righe di emissione di metalli allo stato atomico quali Na, K, Mn, Cu, Fe, Co e Ni.
L’analisi dettagliata delle chiome ha rilevato che le molecole osservate non sono quelle fuoriuscite
direttamente dal nucleo; ciò vuol dire che le “molecole madri” espulse dal nucleo sono più complesse e
costituiscono la chioma interna; tali molecole generano le “molecole figlie” (radicale OH, anidride
carbonica, cianogeno e ossido di carbonio ionizzato) che costituiscono la chioma visibile.
Cometa Hale Bopp.
Schema della struttura e delle dimensioni tipiche
della chioma.
LA CODA: ad una distanza di 3 UA la continua sublimazione dei ghiacci porta alla formazione della
coda.
In una cometa si identificano varie tipologie di code:
CODA di IONI
CODA di POLVERI
Composizione: gas ionizzati tra cui
vapore acqueo, anidride carbonica,
monossido di carbonio, ammoniaca,
metano, formaldeide, ecc.
Colore: blu-azzurro Morfologia:
prevalentemente tubolare con asse
opposto alla direzione del Sole.
Composizione: polveri
prevalentemente di silicati e
composti del carbonio.
L’interazione tra il campo magnetico
dello spazio interplanetario, il quale
porta con sé particelle cariche
provenienti dal vento solare, e la
chioma determina l’infittimento delle
linee di forza del campo; le molecole
elettricamente cariche che si trovano
nella chioma vengono incanalate dietro
al nucleo dalla parte opposta al Sole.
Colore: arancio-rossastro
Morfologia: tipicamente
ricurva ed aperta a ventaglio.
Cometa Hale-Bopp.
Le particelle neutre e le polveri
presenti nella chioma sono soggette
alla forza gravitazionale (attrattiva) e
alla pressione di radiazione
(direzione opposta al Sole); la
polvere riceve quindi una spinta in
direzione opposta al Sole ma tende
anche a seguire la traiettoria del
nucleo.
Coda di polveri
Coda di gas
Cometa Hale Bopp
CODA di SODIO: identificata per la prima volta nel 1910 nella
cometa C/1910 A1; negli anni successivi anche in altre comete fu
osservato questo elemento. Nel 1997 fu osservata nella cometa HaleBopp.
Coda di sodio della
cometa Hale-Bopp.
La velocità degli atomi di sodio sembra crescere lungo la coda (da 58 km/s,
ad una distanza dal nucleo di 5 milioni di km, a 95 km/s, ad una distanza di
11 milioni di km); inoltre dall’abbondanza di questi atomi è chiaro che non
possono derivare dal nucleo. L’ipotesi è che questo atomi sono rilasciati da
qualche specie di natura sconosciuta all’interno della chioma e poi accelerati
in direzione antisolare per fluorescenza.
CODA di FERRO: recentemente osservata nella
cometa McNaught. Si pensa che questi atomi di ferro
neutro provengano dall’evaporazione di grani di troilite
(FeS) e non direttamente dal nucleo, perché la
sublimazione del ferro richiede una temperatura superiore
ai 1000 °K, mentre la troilite può sublimare a 680 °K
(temperatura compatibile con i valori attesi della chioma
della cometa).
Coda di ferro della cometa McNaught.
ANTICODA: la cosiddetta “Anticoda” è un fenomeno
prospettico osservato quando la Terra attraversa il piano
dell’orbita cometaria. In quel particolare momento le polveri
rilasciate lungo l'orbita vengono osservate obliquamente lungo
l'asse di massima densità. Se la cometa è particolarmente
luminosa, come nel caso della Arend Roland nel 1957 (a
destra) o della PannStarrs nella primavera 2013 (sotto) il
fenomeno è particolarmente spettacolare.
Distacco della coda della cometa di Halley.
DISTACCO DELLA CODA DI IONI: dovuto ai cambiamenti di polarità del campo
magnetico solare attraversato dalla cometa. Quando il campo magnetico ha polarità opposta a
quella degli ioni della coda, quest'ultima si “isola” e si allontana dalla chioma cometaria
seguendo il flusso del campo magnetico solare. Una nuova coda si sviluppa dalla chioma in
sostituzione della precedente.
Orbite
Comete a breve periodo e
periodo intermedio
Le orbite
Perielio: punto di massimo
avvicinamento al Sole
Orbite circolari
o ellittiche
Comete a lungo periodo
Orbite paraboliche o
iperboliche
Afelio: punto di massimo
allontanamento dal Sole
MODIFICA ORBITA: dovuto ad un passaggio ravvicinato ad un pianeta che può portare anche
alla espulsione dal Sistema Solare.
Collisioni con la Terra
Tunguska, Siberia..
Meteor Crater, Arizona.
Cratere Manicougan, Quebec.
Orbite
I parametri orbitali che definiscono un’orbita sono:
Inclinazione (i): angolo fra il
piano dell’ orbita e l’eclittica.
Longitudine del nodo ascendente (Ω):
Con (i) definisce il piano dell’orbita.
Distanza del perielio dal nodo
(ω): specifica l’orientazione
dell’orbita all’interno del piano.
Epoca (Tau): specifica
l’istante del passaggio al
perielio.
Periodo orbitale (P) o semiasse maggiore
(a): determina le dimensioni dell’orbita
P2 = a3.
Eccentricità (e): determina
la forma dell’orbita
Classificazione
Le comete si possono dividere in 3 classi:
Comete a lungo periodo
• Periodo > 200 yr
• Orbite casuali
• Eccentricità prossima ad 1
• Afelio tra 10.000 e 100.000
UA
Comete a corto periodo
Comete a periodo intermedio
• Periodo compreso tra 20 e 200 yr
• Orbite abbastanza inclinate
• Bassa eccentricità
• Afelio oltre l’orbita di Giove e
quella di Nettuno
Hale Bopp
• Periodo < 20 yr
• Orbite poco inclinate
• Bassa eccentricità
• Afelio tra l’orbita di Marte
e quella di Giove
Encke
Halley
NOMENCLATURA
Dal 1995 l’Unione Astronomica Internazionale (UAI) stabilì nuovi criteri per la classificazione delle
comete:
P/ comete periodiche
C/ comete a periodo molto grande o non periodiche
D/ comete perdute
A/ comete divenute asteroidi
X/ comete di cui non si può calcolare l’orbita
Dopo una di queste lettere compare: - l'anno della scoperta
- una lettera, indicante la quindicina di ogni mese (per esempio
A va dal 1 gennaio al 15, B va dal 16 al 31 gennaio etc..)
- un numero, indicante l’ordine di scoperta delle comete.
LE GRANDI COMETE: con questo nome sono indicate quelle
comete che diventano particolarmente brillanti e che sono visibili
ad occhio nudo.
McNaught (C/2006P1), la grande cometa del 2007,
anno in cui passò al perielio.
Le comete: da dove vengono?
• Sono miliardi i nuclei cometari che orbitano attorno al Sole; la
maggioranza sono confinati in una regione, chiamata “Nube di
Oort”, situata a metà strada tra il Sole e le stelle più vicine
FASCIA di KUIPER
(Kuiper, 1951)
- localizzata oltre l’orbita di Nettuno e 100 UA dal Sole
- popolazione composta sia da oggetti molto piccoli (raggio di
pochi km) che da asteroidi (raggio di 50-2000 km)
- probabilmente è il serbatoio delle comete a corto periodo.
Un approccio statistico basato sulle scoperte fatte fino ad ora, conduce ad ipotizzare l’esistenza di
una popolazione di circa 3.5x104 oggetti di tipo asteroidale di una popolazione cometaria di circa
1010 elementi. Questi oggetti sembrano confinati in un disco abbastanza sottile nei pressi del piano
dell’eclittica e ciò va a favore dell’identificazione di questa zona come serbatoio delle comete a
corto periodo. Un ulteriore prova proviene dalle integrazioni numeriche.
Fascia di Kuiper
Legenda:
rosso = Sole
azzurro = pianeti giganti
verde = oggetti della fascia di Kuiper
rosa= troiani di Giove
arancio = centauri
giallo = troiani di Netiuno
Destino
ESAURIMENTO MATERIALE VOLATILE: ripetuti passaggi nei pressi del Sole fanno sì che
il calore e l’azione del vento solare disperdano nello spazio i materiali volatili e le polveri. Una volta
esaurito il materiale volatile, la cometa si trasforma in un corpo tipicamente asteroidale con un’ orbita
stabile, difficilmente riconoscibile dalla Terra.
Prograssiva disgregazione del nucleo della cometa
73P/Schwassmann-Wachmann 3.
FRAMMENTAZIONE NUCLEO:
non è altro che una modifica del corpo
stesso che porta alla divisione netta o
parziale del nucleo cometario. Il
verificarsi della frammentazione
comporta non solo la riduzione della
massa del nucleo, ma anche un forte
squilibrio strutturale indotto dalle
fratture.
Polvere di stelle
• Le polveri emesse dalle
comete si dispongono lungo
l’orbita e può capitare che la
Terra la intersechi in uno o più
punti
• Quando ciò avviene si verifica
il fenomeno delle “Stelle
cadenti”: le particelle
cometarie vengono bruciate
dall’attrito con l’atmosfera
terrestre e danno vita alla
luminosa scia che attraversa il
cielo
• Famose sono le piogge delle
Perseidi a metà agosto e delle
Leonidi, visibili a novembre
MODIFICA ORBITA: quando una cometa si avvicina troppo ad un pianeta
del sistema solare, la sua orbita può essere modificata. A volte questo incontro
può portare anche alla espulsione dal Sistema Solare. Ogni pianeta del Sistema
Solare ha la sua famiglia di comete catturate dalla sfera di influenza
gravitazionale.
Comete e Vita
PANSPERMIA: è una teoria scientifica secondo la quale la vita sulla Terra sarebbe arrivata dallo
spazio; sempre secondo questa ipotesi i “semi” della vita viaggiano all’interno delle comete o meteoriti
diffondendosi fra i pianeti.
Una concreta evidenza di questa teoria è data dal successo della missione Stardust che ha permesso
di portare sulla Terra le particelle della cometa Wild 2. Lo studio approfondito di tali particelle ha
portato alla luce la presenza di:
- molecole organiche
- ammine e amminoacidi
- olivine e pirosseni
Olivina.
L’importanza delle comete
• Le comete e l’origine della vita
• Teorie sulle estinzioni di massa
Collisioni con la Terra
Meteor Crater, Arizona – 30.000 yrs.
Cratere Manicougan, Quebec – 100 mln yrs.
Tunguska, Siberia - 1908.
• 16 luglio 1994: per la prima volta l’uomo ha
assistito
agliShoemaker-Levy
effetti di un impatto cometario
La
9
• 20 nuclei della cometa sono caduti su Giove
lasciando cicatrici visibili anche dalla Terra
L’impatto con Giove
Nell’immagine dell’Hubble sono visibili
due delle zone di impatto
Missioni Spaziali
Si suppone che le comete si siano formate quando ancora il Sistema Solare era all’inizio della sua
evoluzione ed è proprio per questo motivo che si pensa che il materiale contenuto in esse possa aiutare
a capire l’evoluzione del nostro pianeta e quindi del Sistema Solare.
Lo scopo delle missioni è proprio quello di riuscire a studiare la struttura del nucleo e della superficie,
la composizione e le sue origini.
Tracce di particelle cometarie (STARDUST).
Fotografia del nucleo
di Temple 1 ottenuta
67 sec dopo
dell’impatto del
“proiettile” Impactor
(DEEP IMPACT 1).
MISSIONE
DATA LANCIO
OBIETTIVO
ICE
agosto 1978
cometa Giacobini-Zinner
Vega 1
dicembre 1984
Venere, cometa Halley
Vega 2
dicembre 1984
Venere, cometa Halley
Suisei
gennaio 1985
cometa Halley
Sakigake
agosto 1985
cometa Halley
Giotto
luglio 1985
cometa Halley e Grigg-Skjellerup
Galileo
ottobre 1989
Giove, impatto cometa Shoemaker-Levy 9
Deep Space 1
ottobre 1998
cometa Borrelly, asteroide Braille
Stardust
febbraio 1999
cometa P/Wild 2, asteroide Annefrank
Genesis
agosto 2001
campioni di Vento Solare in L1
CONTOUR
luglio 2002
cometa Encke, Schwassmann-Wachmann-3 e d’Arrest
Rosetta
marzo 2004
cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko
Deep Impact
gennaio 2005
cometa P/Temple 1
New Horizons
gennaio 2006
Plutone e Fascia Kuiper
...Alcune spettacolari immagini di comete del passato...
Cometa di Halley (1986).
Cometa Ikeya-Seki (1965).
Cometa West (1976).
Hale Bopp, la grande cometa del 1997.
McNaught, la grande cometa del 2007.
Hyakutake, la grande cometa del 1996.
La cometa Panstarrs, visibile nelle luci del tramonto durante i primi mesi del 2013