Le Comete

Le Comete
INDICE
• Modelli Cometari
•
•
•
•
•
•
Struttura
Classificazione
Origine
Destino
Comete e Vita
Missioni Spaziali
Alice Nava
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.
Nucleo della
cometa Wild 2.
Rappresentazione di un
nucleo cometario.
Nucleo della
cometa di Halley.
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 di Halley.
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 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.
ROTAZIONE DELLE CODE: fenomeno prospettico
osservato quando la cometa attraversa il piano dell’orbita
terrestre. Superato il perielio sono proprio le code di polveri e
di ioni a precedere la cometa nella suo viaggio di
allontanamento dal Sole.
Anticoda della cometa Arend-Roland
fotografata il 25 aprile 1957.
DISTACCO DELLA CODA DI IONI: dovuto
alla polarità del campo magnetico attraversato dalla
cometa. Quando il campo magnetico ha polarità
opposta alla coda questa si indebolisce e si “stacca”
dalla cometa.
Distacco della coda della cometa di Halley ripresa il
6 e il 7 luglio 1990.
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: - la data 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, la grande cometa del 2007.
Origine
NUBE di OORT
(Oort, 1950)
Nube Interna: - forma più schiacciata (toro)
- estensione compresa tra 3000 e 20.000 UA
- popolazione di 2x1012 - 1013 oggetti
Nube Esterna: - forma sferica
- estensione compresa tra 20.000 e 100.000 UA
- popolazione di 2x1012 oggetti
Partendo dall’osservazione delle casualità delle caratteristiche orbitali Oort concluse che la zona di
provenienza dovesse essere una nube sferica. Le comete vengono periodicamente distrutte dopo
numerosi passaggi nel Sistema Solare interno. Se le comete fossero state vicino al Sole dall’origine del
Sistema Solare, oggi sarebbero tutte distrutte. Il fatto che ne vediamo
ancora implica una diversa origine: secondo la teoria, la Nube di
Oort contiene miliardi di nuclei cometari che sono stabili poiché
la radiazione solare è troppo debole per avere un effetto a quelle
distanze. La nube assicura un rifornimento continuo di nuove comete
che rimpiazzano quelle distrutte. La teoria sembra confermata
dalle osservazioni, che ci mostrano come le comete provengano
da ogni direzione con simmetria sferica.
Nube di Oort.
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.
Stelle Cadenti:
disgregazione progressiva
di un nucleo cometario.
Quando la Terra attraversa
i punti d’intersezione
dell’orbita di una cometa,
le polveri disperse dalla coda penetrano nell’atmosfera
provocando il fenomeno quale noi lo conosciamo.
Sciame meteorico delle Leonidi nel 1998.
MODIFICA ORBITA: dovuto ad un passaggio ravvicinato ad un pianeta che può portare anche
alla espulsione dal Sistema Solare.
Laplace introdusse il concetto di sfera di attività: una
sfera concentrica al pianeta entro la quale l’azione
gravitazionale del Sole diventa inferiore a quella del
pianeta stesso. Quanto più una cometa si avvicinerà a
questa sfera tanto più la sua orbita potrà subire
modifiche.
Grafico rappresentante la sfera di attività
la cui formula è: RP= aP* (MP/MSol)2/5.
Collisioni con la Terra
Tunguska, Siberia..
Meteor Crater, Arizona.
Cratere Manicougan, Quebec.
Schema dell’orbita di una
cometa che interseca l’orbita
terrestre.
Schema generale
du tutto quello
che riguarda una
cometa.
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.
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 prima
dell’impatto del
“proiettile” Impactor
(DEEP IMPACT 1).
Immagini dell’impatto della cometa
Shoemaker-Levy 9 su Giove (GALILEO).
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...
Cometa Mrkos.
Cometa Ikeya-Seki (C/1965 S1).
Cometa West.
Cometa Neat (C/2001 Q4).
Cometa McNaught, la grande cometa del 2007.
Cometa Hyakutake, la grande cometa del 1996.
Cometa Humanson (C/1961 R1) con la
sua tortuosa coda di ioni.
Cometa Swift-Tuttle.
Cometa Halley (1P/Halley).
Cometa Austin C/1989 X1.
Cometa Swan.
Cometa Machholz e le Pleiadi.
Vista simultanea
della luce
crepuscolare (giallorosso presso
l’orizzonte) e
zodiacale (cono blu
al di sopra).
Mercurio è la
“stella” più in
basso.
Le Pleiadi in alto a
sinistra e la cometa
Hale-Bopp a destra.
La cometa di Halley si allontana sullo sfondo della Via Lattea dopo il passaggio
del 1986. La rivedremo nei pressi della Terra solo nel 2061.