Astronomie

Komety se liší od asteroidy především v jejich ledové složení, rozdíl, který způsobuje, že se rozjasní dramaticky, jak se blíží Slunce, které tvoří dočasné atmosféru. V některých raných kulturách byly tyto takzvané “chlupaté hvězdy” považovány za znamení katastrofy. Dnes se už nebojíme komet, ale dychtivě očekáváme ty,které se k nám přiblíží, aby se předvedly dobrou oblohu.

vzhled komet

kometa je relativně malý kus ledového materiálu (obvykle několik kilometrů napříč), který vyvíjí atmosféru, když se blíží ke Slunci. Později může být velmi slabý, mlhavý ocas, který se rozprostírá několik milionů kilometrů od hlavního těla komety. Komety byly pozorovány od nejranějších dob: účty komet se nacházejí v historii prakticky všech starověkých civilizací. Typická kometa, nicméně, není efektní na naší obloze, místo toho má vzhled spíše slabé, rozptýlené bodové světla poněkud menší než Měsíc a mnoho krát méně brilantní. (Komety se lidem zdály velkolepější před vynálezem umělého osvětlení, které ohrožuje náš pohled na noční oblohu.)

stejně jako Měsíc a planety se zdá, že komety putují mezi hvězdami a pomalu mění své pozice na obloze z noci na noc. Na rozdíl od planet, nicméně, většina komet se objeví v nepředvídatelných časech, což možná vysvětluje, proč jsou často vzbuzuje strach a pověry v dřívějších dobách. Komety obvykle zůstávají viditelné po dobu, která se liší od několika týdnů do několika měsíců. Řekneme více o tom, z čeho jsou vyrobeny a jak se stanou viditelnými poté, co diskutujeme o jejich návrzích.

Všimněte si, že statické snímky komet vyvolávají dojem, že se rychle pohybují po obloze, jako jasný meteor nebo padající hvězda. Při pohledu pouze na takové obrázky je snadné zaměnit komety a meteory. Ale při pohledu na skutečné obloze jsou velmi odlišné: meteor shoří v naší atmosféře a je pryč během několika sekund, zatímco kometa může být viditelná týdny v téměř stejné části oblohy.

Kometa obíhá

Obrázek 1: Kometa Halley. Tento kompozit tří obrazů (jeden v červené, jeden v zelené, jeden v modré) ukazuje kometu Halley, jak je vidět s velkým dalekohledem v Chile v roce 1986. Během doby, kdy byly tři snímky pořízeny postupně, se kometa pohybovala mezi hvězdami. Dalekohled byl přesunut, aby udržel obraz komety stabilní, což způsobilo, že se hvězdy objevily v trojím vyhotovení (jednou v každé barvě) na pozadí. (zápočet: změna práce ESO)

studium komet jako členů sluneční soustavy pochází z doby Isaaca Newtona, který nejprve navrhl, že obíhají kolem Slunce na extrémně protáhlých elipsách. Newtonův kolega Edmund Halley (viz Edmund Halley: Renesanční člověk astronomie) tyto myšlenky rozvinul a v roce 1705 publikoval výpočty 24 oběžných drah komet. Zvláště, on poznamenal, že oběžné dráhy jasné komety, které se objevily v letech 1531, 1607 a 1682 byly tak podobné, že tři by mohl být na stejné komety, vracející se do perihelu (nejbližší přístup k Slunci) na průměrných intervalech 76 let. Pokud ano, předpověděl, že objekt by se měl vrátit kolem roku 1758. I když Halley zemřel, když se kometa objevila, jak on předpověděl, to dostalo jméno Komety Halley (se rýmuje s “údolí”) na počest astronoma, který první poznal, že jako stálý člen naší sluneční soustavy, obíhající kolem Slunce. Jeho aphelion (nejvzdálenější bod od Slunce) je za oběžnou dráhou Neptunu.

z historických záznamů nyní víme, že kometa Halley byla skutečně pozorována a zaznamenána na každém průchodu poblíž Slunce od 239 v intervalech od 74 do 79 let. Doba jeho návratu se poněkud liší kvůli orbitálním změnám způsobeným tahem obřích planet. V roce 1910 byla země oprášena ocasem komety, což způsobilo mnoho zbytečných obav veřejnosti. Kometa Halley se naposledy objevil na naší obloze v roce 1986 (Obrázek 1), když potkali několik kosmické lodi, který nám dal spoustu informací o jeho make-up; to se vrátí v roce 2061.

Edmund Halley: renesanční muž astronomie

Obrázek 2: Edmund Halley (1656-1742). Halley byl plodným přispěvatelem do věd. Jeho studium komet na přelomu osmnáctého století pomohlo předpovědět oběžnou dráhu komety, která nyní nese jeho jméno.

Edmund Halley (Obrázek 2), brilantní astronom, kteří přispěli v mnoha oblastech vědy a statistiky, byl u všech účtů štědrá, teplá, a odchozí osoby. V tom byl pravým opakem svého dobrého přítele Isaaca Newtona, jehož velké dílo Principia (viz oběžné dráhy a gravitace) Halley povzbuzoval, upravoval a pomáhal platit publikovat. Halley sám publikoval svou první vědeckou práci ve věku 20 let, zatímco ještě na vysoké škole. V důsledku toho dostal královskou provizi, aby šel do Svaté Heleny (vzdálený ostrov u pobřeží Afriky, kde by byl Napoleon později vyhoštěn), aby provedl první teleskopický průzkum jižní oblohy. Po návratu získal ekvivalent magisterského titulu a byl zvolen do prestižní Královské společnosti v Anglii, vše ve věku 22 let.

kromě jeho práce na komety Halley byl prvním astronomem, aby uznaly, že tzv. “pevné” hvězdy pohybují ve vztahu k sobě, tím, že několik jasných hvězd změnila jejich pozice, protože Ptolemaios zveřejnění starověké řecké katalogy. Napsal knihu o možnost nekonečného vesmíru, navrhl, že některé hvězdy mohou být variabilní, a diskutovali o povaze a velikosti mlhoviny (zářící cloudlike struktury viditelné v dalekohledech). Zatímco v Saint Helena, Halley pozoroval planetu Merkur jít přes obličej slunce a vyvinul matematiku o tom, jak tyto tranzity by mohly být použity ke stanovení velikosti sluneční soustavy.

V jiných oblastech, Halley publikoval první tabulky lidského života expectancies (předchůdce životní pojištění, statistiky); napsal pojednání o monzuny, pasáty, přílivy a odlivy (zmapování proudy v Kanálu la manche poprvé); položil základy pro systematické studium magnetického pole Země; studoval odpařování a jak vnitrozemských vodách se stal slaný; a dokonce navrhl Podvodní potápěčský zvon. Působil jako Britský diplomat, poradenství, rakouský císař a panoš budoucího cara kolem Anglie (zaníceně diskutovat, je nám řečeno, význam vědy a kvalitu místní brandy).

v roce 1703 se Halley stal profesorem geometrie v Oxfordu a v roce 1720 byl jmenován astronomem Royal of England. Pokračoval v pozorování Země a oblohy a publikování svých myšlenek dalších 20 let, dokud si ho smrt ve věku 85 let nevyžádala.

pouze několik komet se vrátí v čase měřitelném lidským pojmem (kratší než století), jako kometa Halley; nazývají se komety krátkého období. Mnoho krátkodobých komet změnilo své oběžné dráhy tím, že se příliš přiblížilo k jedné z obřích planet—nejčastěji Jupiteru (a proto se jim někdy říká Jupiter-rodinné komety). Většina komet má dlouhou dobu a bude trvat tisíce let, než se vrátí, pokud se vůbec vrátí. Jak uvidíme později v této kapitole, většina Jupiter-rodina komet pochází z jiného zdroje, než dlouhé-období komet (s oběžnou periodou delší než století).

pozorovací záznamy existují pro tisíce komet. V posledních desetiletích nás navštívily dvě jasné komety. Nejprve v březnu 1996 přišla Kometa Hyakutake s velmi dlouhým ocasem. O rok později se objevila Kometa Hale-Bopp; byla stejně jasná jako nejjasnější hvězdy a zůstala viditelná několik týdnů, dokonce i v městských oblastech (viz obrázek, který otevírá tuto kapitolu).

Tabulka 1 uvádí některé známé komety, jejichž historie nebo vzhled je zvláště zajímavý.

Kometa je Jádro

Když se podíváme na aktivní kometa, všichni jsme normálně vidět, je jeho dočasné atmosféře plynu a prachu, osvětlené slunečním světlem. Tato atmosféra se nazývá hlava komety nebo kóma. Vzhledem k tomu, že gravitace takových malých těles je velmi slabá, atmosféra neustále rychle uniká, musí být doplněna novým materiálem, který musí odněkud pocházet. Zdrojem je malé, pevné jádro uvnitř, jen několik kilometrů napříč, obvykle skryté záři z mnohem větší atmosféry, která ji obklopuje. Jádro je skutečná kometa, fragment starověkého ledového materiálu zodpovědného za atmosféru a ocas (obrázek 3).

obrázek 3: části komety. Toto schematické znázornění ukazuje hlavní části komety. Všimněte si, že různé struktury nejsou v měřítku.

moderní teorii fyzikální a chemické povahy komet poprvé navrhl Harvardský astronom Fred Whipple v roce 1950. Před Whipple v práci, mnozí astronomové domnívali, že komety by mohly být volné agregace pevných látek, druh obíhající “štěrk banky,” Whipple navrhl, že místo jádra je pevný objekt, pár kilometrů, složený z podstatné části z vodního ledu (ale s jinými ices) smíchané s silikátových zrn a prachu. Tento návrh se stal známým jako model” špinavé sněhové koule”.

Obrázek 4: Zachycený Prach Komety. Tato částice (pod mikroskopem) je věřil být malý fragment kometární prach, shromážděné v horní atmosféře Země. Měří asi 10 mikronů, nebo 1/100 milimetru, napříč. (credit: NASA/JPL)

vodní pára a jiné těkavé látky, které uniknou z jádra, když to je vyhřívaný může být detekován v kometě hlavu a ocas, a proto můžeme použít spektra analyzovat, co atomy a molekuly jádra ledu skládá. Jsme si však o něco méně jisti, že není ledová složka. Nikdy jsme neidentifikovali fragment pevné hmoty z komety, která přežila průchod zemskou atmosférou. Nicméně, loď, která se přiblížila komety nesl prach detektory, a některé komety prach, dokonce byl se vrátil k Zemi (viz Obrázek 4). Zdá se, že moc “špíny” ve špinavé sněhové koule je temné, primitivní uhlovodíků a křemičitany, spíše jako materiál si myslel, že být přítomen na temné, primitivní asteroidy.

protože jádra komet jsou malá a tmavá, je obtížné je studovat ze země. Kosmická loď získala přímé měření komety, nicméně, v roce 1986, kdy tři kosmická loď se přehnala kolem Komety Halley zblízka (viz Obrázek 5). Následně další kosmické lodě letěly blízko k jiným kometám. V roce 2005 kosmická loď NASA Deep Impact dokonce nesla sondu pro vysokorychlostní dopad s jádrem komety Tempel 1. Zdaleka nejproduktivnější studií komety však byla mise Rosetta v roce 2015, o které budeme brzy diskutovat.

obrázek 5: Detailní záběr komety Halley. Tato historická fotografie černého, nepravidelně tvarovaného jádra komety Halley byla získána kosmickou lodí ESA Giotto ze vzdálenosti asi 1000 kilometrů. Světlé oblasti jsou trysky materiálu unikající z povrchu. Délka jádra je 10 kilometrů a lze rozeznat detaily až 1 kilometr. (úvěra: modifikace práce ESA)

Kometa je Atmosféra

velkolepé činnost, která nám umožňuje vidět komety je způsobena odpařování kometární ices zahříván slunečním světlem. Za pásem asteroidů, kde komety tráví většinu času, jsou tyto ledy pevně zmrzlé. Ale jak se kometa blíží ke Slunci, začne se zahřívat. Pokud je voda (H2O) dominantním ledem, značná množství se odpařují, když sluneční světlo ohřívá povrch nad 200 K. to se děje pro typickou kometu poněkud za oběžnou dráhou Marsu. Odpařovací H2O zase uvolňuje prach, který byl smíchán s ledem. Vzhledem k tomu, že jádro komety je tak malé, jeho gravitace nemůže zadržet ani plyn, ani prach, který oba proudí do vesmíru rychlostí asi 1 kilometr za sekundu.

kometa nadále absorbuje energii, když se blíží ke Slunci. Velká část této energie jde do odpařování ledu, stejně jako do ohřevu povrchu. Nedávná pozorování mnoha komet však naznačují, že odpařování není rovnoměrné a že většina plynu se uvolňuje v náhlých proudech, možná omezených na několik oblastí povrchu. Při rozšiřování do vesmíru rychlostí asi 1 kilometr za sekundu může atmosféra komety dosáhnout obrovské velikosti. Průměr hlavy komety je často stejně velký jako Jupiter a někdy se může přiblížit průměru milionu kilometrů (obrázek 6).

obrázek 6: Hlava komety Halley. Zde vidíme oblak plynu a prachu, které tvoří hlavu nebo komatu komety Halley v roce 1986. V tomto měřítku by jádro (skryté uvnitř oblaku) bylo tečkou příliš malou na to, aby bylo vidět. (kredit: úprava práce NASA / W. Liller)

Obrázek 7: oběžná dráha komety a ocas. Orientace typického ocasu komety se mění, jak kometa prochází perihelionem. Blíží se ke Slunci, ocas je za příchozí hlavou komety, ale na cestě ven ocas předchází hlavě.

většina komet také vyvíjí ocasy, když se blíží ke Slunci. Ocas komety je rozšíření jeho atmosféry, skládající se ze stejného plynu a prachu, které tvoří jeho hlavu. Již v šestnáctém století si pozorovatelé uvědomili, že ocasy komety vždy směřují od Slunce (Obrázek 7), nikoli zpět podél oběžné dráhy komety. Newton navrhl, že ocasy komety jsou tvořeny odpudivou silou slunečního světla, která odvádí částice od hlavy-nápad blízký našemu modernímu pohledu.

dvě různé složky, které tvoří ocas (prach a plyn), působí poněkud odlišně. Nejjasnější část ocasu, se nazývá prach, ocas, aby jej odlišili od slabší, rovný ocas vyrobeny z ionizovaného plynu, tzv. iontový ohon. Iontový ocas je nesen ven proudy iontů (nabitých částic) emitovaných sluncem. Jak můžete vidět na Obrázku 8, hladší prachu ocas křivky trochu, jako jednotlivé prachové částice se šíří podél kometa na oběžné dráze, vzhledem k tomu, že přímo ion je ocas tlačil přímo směrem od Slunce, naší hvězdy, větrem nabitých částic

Obrázek 8: Ocasy Komety. a) když se kometa blíží ke slunci, její rysy se stávají viditelnějšími. Na tomto obrázku z NASA, který ukazuje kometu Hale-Bopp, můžete vidět dva ocasy komety: snadněji viditelný prachový ocas, který může být dlouhý až 10 milionů kilometrů, a slabší plynový ocas (nebo iontový ocas), který je dlouhý až stovky milionů kilometrů. Zrna, která tvoří prachový ocas, mají velikost kouřových částic. (b) Kometa Mrkos byl fotografován v roce 1957 s široký-pole dalekohledu na Palomar Observatory a také ukazuje jasný rozdíl mezi rovnou plynu ocas a zakřivené prachu ocas. (zápočet a: úprava díla ESO/e. Slawika; zápočet b: úprava díla Charlese Kearnse, George O. Abellem a Byronem Hillem)

Rosetta Comet Mise

V roce 1990, Evropské vědci se rozhodli navrhnout mnohem více ambiciózní mise, které by odpovídaly oběžné dráhy s příchozí komety a sledovat, jak to přiblížil Slunce. Navrhli také, aby se menší kosmická loď skutečně pokusila přistát na kometě. 2-ton hlavní loď byla pojmenována Rosetta, nese deset vědeckých přístrojů, a jeho 100-kilogram lander s devíti více nástrojů byl pojmenovaný Philae.

mise Rosetta byla zahájena v roce 2004. Zpoždění se zahájením raketa způsobila, že se slečna původního cíle-komety, tak alternativní cíl byl vybrán, Kometa Churyumov-Gerasimenko (pojmenované po dvou objevitelů, ale obecně označován 67P). Období revoluce této komety je 6,45 let, což z ní činí kometu Jupiterovy rodiny.

Od Evropské Kosmické Agentury nemají přístup k plutonium-palivo jaderné zdroje energie používá NASA deep space mise Rosetta musela být solární pohon, které vyžadují zejména velké solární panely. Ani to nebylo dost, aby plavidla provozující jako je uzavřeno oběžné dráhy s 67P blízkosti komety aphelion. Jediným řešením bylo vypnout všechny kosmické systémy a nechat je několik let směřovat ke slunci, mimo kontakt s regulátory na zemi, dokud nebude sluneční energie silnější. Úspěch mise závisel na automatickém časovači, který znovu zapnul napájení, když se blížil ke Slunci. Naštěstí tato strategie fungovala.

V srpnu 2014, Rosetta začal postupný přístup k jádru komety, která je podivně deformovaný objekt o 5 kilometrů, zcela odlišný od hladkého vzhled halleyova jádra (ale stejně tmavé). Jeho doba rotace je 12 hodin. 12. Listopadu 2014 byl přistávací modul Philae upuštěn a pomalu klesal po dobu 7 hodin, než jemně dopadl na povrch. Odrazil se a převalil se a odpočíval pod převisem, kde nebylo dost slunečního světla, aby se jeho baterie nabily. Po několika hodinách provozu a odeslání dat zpět na orbiter Philae ztichla. Hlavní kosmická loď Rosetta pokračovala v provozu, nicméně, jak se zvýšila úroveň aktivity komety, s parníky plynu tryskajícími z povrchu. Když se kometa přiblížila k perihelionu v září 2015, kosmická loď ustoupila, aby byla zajištěna její bezpečnost.

rozsah snímků Rosetty (a dat z jiných přístrojů) daleko převyšuje vše, co astronomové dříve viděli z komety. Nejlepší zobrazovací rozlišení bylo téměř o 100 větší než u nejlepších Halleyových snímků. V tomto měřítku se kometa jeví překvapivě drsná, s ostrými úhly, hlubokými jámami a převisy (obrázek 9).

obrázek 9: podivný tvar a povrchové vlastnosti komety 67P. a) tento snímek z kamery Rosetta byl pořízen ze vzdálenosti 285 kilometrů. Rozlišení je 5 metrů. Vidíte, že kometa se skládá ze dvou částí se spojovacím “krkem” mezi nimi. b) tento detailní pohled na kometu Čurjumov-Gerasimenko je z modulu Philae. Jedna ze tří stop přistávacího modulu je viditelná v popředí. Samotný modul je většinou ve stínu. (kredit: úprava práce ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; úvěr b: modifikace práce ESA/Rosetta/Philae/CIVA)

double-laločnatý tvar 67P jádra byla předběžně připsat srážky a sloučení dvou nezávislých jádra komety dávno. Kosmická loď ověřila, že tmavý povrch komety byl pokryt organickými sloučeninami bohatými na uhlík, smíchanými se sulfidy a zrny železa a niklu. 67P má průměrnou hustotu pouze 0,5 g / cm3 (voda v těchto jednotkách má hustotu 1 g/cm3.) Tato nízká hustota naznačuje, že kometa je poměrně porézní, to znamená, že mezi jejími materiály je velké množství prázdného prostoru.

už jsme věděli, že odpařování ledů komety bylo sporadické a omezeno na malé trysky, ale v kometě 67P to bylo přeneseno do extrému. V každém okamžiku je více než 99% povrchu neaktivní. Aktivní větrací otvory jsou jen několik metrů napříč, přičemž materiál je omezen na úzké trysky, které přetrvávají jen několik minut (obrázek 10). Úroveň aktivity je silně závislá na solárním vytápění a mezi červencem a srpnem 2015 se zvýšila o faktor 10. Izotopová analýza deuteria ve vodě vysunuté kometou ukazuje, že se liší od vody nalezené na Zemi. Zdá se tedy, že komety jako 67P nepřispěly k původu našich oceánů nebo vody v našich tělech, jak si někteří vědci mysleli.

Obrázek 10: Plynové Trysky na Kometě 67P. (a) Tato činnost byla vyfotografována Rosetta kosmické lodi poblíž přísluní. Můžete vidět, jak se náhle objeví proud, byl aktivní jen několik minut. b) tato velkolepá fotografie pořízená poblíž perihelionu ukazuje aktivní kometu obklopenou několika proudy plynu a prachu. (zápočet a, b: změna práce ESA / Rosetta/MPS; zápočet c: úprava práce ESA / Rosetta / NAVCAM)

Slovníček pojmů

kometa: malé tělo chladné a prašné ohledu na to, že se točí kolem Slunce; když se kometa přiblíží Slunci, některé z jeho materiálu vypařuje, tvoří velkou hlavu jemný plynu a často ocas

jádro (kometa): solidní kus ledu a prachu v hlavě komety

ocas: (komety) ocas se skládá ze dvou částí: prachový ohon je vyroben z prachu uvolnil tím, že sublimace ledu v kometu, která je tak tlačen tím, že fotony ze Slunce na zakřivené proud; ion ocas je proud ionizovaných částic odpaří z komety a pak zametl pryč od Slunce sluneční vítr