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.