Astronomi

Kometer skiller seg fra asteroider hovedsakelig i sin isete sammensetning, en forskjell som får dem til å lyse dramatisk når de nærmer Seg Solen, og danner en midlertidig atmosfære. I noen tidlige kulturer ble disse såkalte “hårete stjernene” ansett som katastrofer. I dag frykter vi ikke lenger kometer, men forventer ivrig de som kommer nær nok til å sette på et godt sky show.

Utseende Av Kometer

en komet er en relativt liten del av isete materiale (vanligvis noen få kilometer over) som utvikler en atmosfære når Den nærmer Seg Solen. Senere kan det være en veldig svak, nebulous hale, som strekker seg flere millioner kilometer unna kometenes hoveddel. Kometer har blitt observert fra de tidligste tider: redegjørelser av kometer er funnet i historiene til nesten alle gamle sivilisasjoner. Den typiske kometen er imidlertid ikke spektakulær i vår himmel, i stedet har utseendet til et ganske svakt, diffust lyspunkt noe mindre Enn Månen og mange ganger mindre strålende. (Kometer virket mer spektakulære for folk før oppfinnelsen av kunstig belysning, noe som kompromitterer vårt syn på nattehimmelen.)

som Månen og planetene, synes kometer å vandre blant stjernene, sakte skiftende sine posisjoner på himmelen fra natt til natt. I motsetning til planetene, men de fleste kometer vises på uforutsigbare tider, som kanskje forklarer hvorfor de ofte inspirert frykt og overtro i tidligere tider. Kometer forblir vanligvis synlige i perioder som varierer fra et par uker til flere måneder. Vi vil si mer om hva de er laget av og hvordan de blir synlige etter at vi diskuterer deres bevegelser.

merk at stillbilder av kometer gir inntrykk av at de beveger seg raskt over himmelen, som en lyssterk meteor eller stjerneskudd. Ser bare på slike bilder, det er lett å forvirre kometer og meteorer. Men sett i den virkelige himmelen er de veldig forskjellige: meteoren brenner opp i atmosfæren og er borte om noen sekunder, mens kometen kan være synlig i flere uker i nesten samme del av himmelen.

Kometbaner

Figur 1: Halleys Komet. Denne kompositten av tre bilder (ett i rødt, ett i grønt, ett i blått) viser Halleys Komet sett med et large telescope i Chile i 1986. I løpet av tiden de tre bildene ble tatt i rekkefølge, flyttet kometen blant stjernene. Teleskopet ble flyttet for å holde bildet av kometen stabil, slik at stjernene vises i tre eksemplarer (en gang i hver farge) i bakgrunnen. (kreditt: modifikasjon AV ARBEID AV ESO)

studien av kometer som medlemmer av solsystemet stammer fra Isaac Newtons tid, som først foreslo At De kretset Solen på ekstremt langstrakte ellipser. Newtons kollega Edmund Halley (se Edmund Halley): Astronomy ‘ S Renaissance Man) utviklet disse ideene, og i 1705 publiserte han beregninger av 24 kometbaner. Spesielt bemerket han at banene til de lyse kometene som hadde dukket opp i årene 1531, 1607 og 1682 var så like at de tre kunne være den samme kometen, tilbake til perihelion (nærmest tilnærming Til Solen) med gjennomsnittlige intervaller på 76 år. I så fall spådde han at objektet skulle komme tilbake om 1758. Selv Om Halley hadde dødd da kometen dukket opp som han spådde, ble den gitt navnet Comet Halley (rimer med “dal”) til ære for astronomen som først anerkjente den som et fast medlem av vårt solsystem, som kretset Rundt Solen. Dens aphelion (lengst punkt Fra Solen) ligger utenfor Neptuns bane.

vi vet nå fra historiske kilder At Halleys Komet faktisk har blitt observert og registrert på hver passasje nær Solen siden 239 F. KR. med intervaller fra 74 til 79 år. Perioden for tilbakekomsten varierer noe på grunn av baneendringer produsert av trekk fra de gigantiske planetene. I 1910 ble Jorden børstet av kometens hale, noe som forårsaket mye unødvendig offentlig bekymring. Halleys komet dukket sist opp i himmelen i 1986 (Figur 1), da Den ble møtt av flere romfartøy som ga oss et vell av informasjon om sminke; den kommer tilbake i 2061.

Edmund Halley: Astronomy ‘ S Renaissance Man

Figur 2: Edmund Halley (1656-1742). Halley var en produktiv bidragsyter til vitenskapen. Hans studie av kometer ved begynnelsen av det attende århundre bidro til å forutsi bane av kometen som nå bærer hans navn.

Edmund Halley (Figur 2), en strålende astronom som bidro innen mange fagområder innen vitenskap og statistikk, var etter sigende en sjenerøs, varm og utadvendt person. I dette var Han ganske motsatt Av Sin gode venn Isaac Newton, Hvis store arbeid, Principia (Se Baner og Gravity), oppmuntret Halley, redigerte Og bidro til å betale for å publisere. Halley selv publiserte sin første vitenskapelige artikkel i en alder av 20, mens han fortsatt var på college. Som et resultat ble Han gitt en kongelig kommisjon for å dra Til St. Helena (en avsidesliggende øy utenfor Kysten av Afrika Hvor Napoleon senere skulle bli forvist) for å gjøre den første teleskopiske kartleggingen av den sørlige himmelen. Etter at han kom tilbake, mottok han tilsvarende en mastergrad og ble valgt til det prestisjetunge Royal Society I England, alle i en alder av 22 år.

I tillegg til hans arbeid med kometer, Var Halley Den første astronomen til å anerkjenne at de såkalte “faste” stjernene beveger seg i forhold til hverandre, ved å merke seg at flere lyse stjerner hadde endret sine posisjoner siden Ptolemaios ‘ utgivelse av de gamle greske katalogene. Han skrev et papir om muligheten for et uendelig univers, foreslo at noen stjerner kan være variable, og diskuterte naturen og størrelsen på tåker (glødende skylignende strukturer synlige i teleskoper). Mens Han var På St. Helena observerte Halley planeten Merkur som gikk Over solens overflate og utviklet matematikken for hvordan slike passasjer kunne brukes til å fastslå størrelsen på solsystemet.

På andre felt publiserte Halley den første tabellen over menneskelige livsforventninger (forløperen til livsforsikringsstatistikk); skrev artikler om monsuner, passatvindene og tidevannet (kartlegge tidevannet i den engelske Kanal for første gang); la grunnlaget for den systematiske studien Av Jordens magnetfelt; studerte fordampning og hvordan innlandsvann blir salt.; og selv designet en undervanns dykking bjelle. Han tjenestegjorde Som En Britisk diplomat, ga råd til keiseren Av Østerrike og knuste Den fremtidige tsaren Av Russland rundt England (ivrig diskuterer, blir vi fortalt, både betydningen av vitenskap og kvaliteten på lokal brandy).

I 1703 Ble Halley professor i geometri Ved Oxford, og i 1720 ble Han Utnevnt Til Astronomer Royal Of England. Han fortsatte å observere Jorden Og himmelen og publisere sine ideer i ytterligere 20 år, til døden hevdet ham i en alder av 85 år.

Bare noen få kometer kommer tilbake i en tid som kan måles i menneskelige termer (kortere enn et århundre), som Kometen Halley gjør; disse kalles kortperiodiske kometer. Mange kortperiodiske kometer har fått sine baner endret ved å komme for nær en av de gigantiske planetene-Oftest Jupiter (og de kalles Derfor Noen Ganger Jupiter-familiens kometer). De fleste kometer har lange perioder og vil ta tusenvis av år å komme tilbake, hvis de kommer tilbake i det hele tatt. Som vi vil se senere i dette kapitlet, kommer De Fleste Jupiter-familie kometer fra en annen kilde enn langperiodiske kometer (de med omløpsperioder lengre enn omtrent et århundre).

Det finnes Observasjonsregistre for tusenvis av kometer. Vi ble besøkt av to lyse kometer de siste tiårene. Først I Mars 1996 kom Kometen Hyakutake, med en veldig lang hale. Et år senere dukket Kometen Hale-Bopp opp; Den var like lyssterk som de lyseste stjernene og forble synlig i flere uker, selv i urbane områder (se bildet som åpner dette kapitlet).

Tabell 1 viser noen kjente kometer hvis historie eller utseende er av spesiell interesse.

Kometens Kjerne

når Vi ser på en aktiv komet, er alt vi vanligvis ser den midlertidige atmosfæren av gass og støv opplyst av sollys. Denne atmosfæren kalles kometens hode eller koma. Siden tyngdekraften til slike små legemer er svært svak, rømmer atmosfæren raskt hele tiden; den må fylles på med nytt materiale, som må komme fra et sted. Kilden er den lille, faste kjernen inne, bare noen få kilometer over, vanligvis skjult av gløden fra den mye større atmosfæren som omgir den. Kjernen er den virkelige kometen, fragmentet av gammelt isete materiale som er ansvarlig for atmosfæren og halen (Figur 3).

Figur 3: Deler Av En Komet. Denne skjematiske illustrasjonen viser hoveddelene av en komet. Merk at de forskjellige strukturene ikke skal skaleres.

den moderne teorien om kometenes fysiske og kjemiske natur ble først foreslått Av Harvard-astronomen Fred Whipple i 1950. Før Whipples arbeid trodde mange astronomer at en kometkjerne kunne være en løs aggregering av faste stoffer, en slags bane “grusbank”, Foreslo Whipple i stedet at kjernen er et solidt objekt noen få kilometer over, sammensatt i betydelig del av vannis (men med andre iser også) blandet med silikatkorn og støv. Dette forslaget ble kjent som” dirty snowball ” – modellen.

Figur 4: Fanget Kometstøv. Denne partikkelen (sett gjennom et mikroskop) antas å være et lite fragment av kometstøv, samlet i Jordens øvre atmosfære. Den måler ca 10 mikron, eller 1/100 av en millimeter, over. (kreditt: NASA / JPL)

vanndampen og andre flyktige stoffer som unnslipper fra kjernen når den oppvarmes, kan detekteres i kometens hode og hale, og derfor kan vi bruke spektra til å analysere hvilke atomer og molekyler kjernen består av. Vi er imidlertid noe mindre sikre på den ikke-isete komponenten. Vi har aldri identifisert et fragment av solid materie fra en komet som har overlevd passasje Gjennom Jordens atmosfære. Romfartøy som har nærmet seg kometer, har imidlertid båret støvdetektorer, og noe kometstøv har til Og med blitt returnert Til Jorden (Se Figur 4). Det ser ut til at mye av “skitt” i den skitne snøballen er mørke, primitive hydrokarboner og silikater, snarere som materialet antas å være til stede på de mørke, primitive asteroider.

siden kjernene til kometer er små og mørke, er de vanskelige å studere Fra Jorden. Romfartøy fikk imidlertid direkte målinger av en kometkjerne i 1986, da tre romfartøy feide forbi Halleys komet på nært hold (Se Figur 5). Deretter har andre romfartøy fløyet nær andre kometer. I 2005 hadde NASAS Deep Impact-romfartøy til og med en sonde for et høyhastighets nedslag med kjernen Til Kometen Tempel 1. Men langt, den mest produktive studien av en komet har vært Av 2015 Rosetta mission, som vi vil diskutere kort tid.

Figur 5: Nærbilde Av Halleys Komet. Dette historiske fotografiet av den svarte, uregelmessig formede Kjernen Til Kometen Halley ble oppnådd AV ESA Giotto-romfartøyet fra en avstand på ca 1000 kilometer. De lyse områdene er stråler av materiale som rømmer fra overflaten. Lengden på kjernen er 10 kilometer, og detaljer så små som 1 kilometer kan utarbeides. (kreditt: endring AV ARBEID FRA ESA)

Kometens Atmosfære

den spektakulære aktiviteten som gjør at vi kan se kometer, skyldes fordampning av kometis oppvarmet av sollys. Utover asteroidbeltet, hvor kometer tilbringer mesteparten av tiden, er disse isene solid frosset. Men når en komet nærmer Seg Solen, begynner Den å varme opp. Hvis vann (H2O) er den dominerende isen, fordamper betydelige mengder når sollyset oppvarmer overflaten over 200 K. Dette skjer for den typiske kometen noe utenfor banen Til Mars. Den fordampende H2O frigjør igjen støvet som ble blandet med isen. Siden kometens kjerne er så liten, kan tyngdekraften ikke holde tilbake enten gassen eller støvet, som begge strømmer bort i rommet med hastigheter på ca 1 kilometer per sekund.

kometen fortsetter å absorbere energi når den nærmer Seg Solen. En stor del av denne energien går inn i fordampningen av isen, så vel som til oppvarming av overflaten. Nylige observasjoner av mange kometer indikerer imidlertid at fordampningen ikke er jevn og at det meste av gassen slippes ut i plutselige spruter, kanskje begrenset til noen få områder av overflaten. Utvide i rommet med en hastighet på ca 1 kilometer per sekund, kan kometens atmosfære nå en enorm størrelse. Diameteren på kometens hode er ofte like stor Som Jupiter, og det kan noen ganger nærme seg en diameter på en million kilometer (Figur 6).

Figur 6: Leder Av Kometen Halley. Her ser vi skyen av gass og støv som utgjør Hodet, eller koma, Av Kometen Halley i 1986. På denne skalaen ville kjernen (skjult inne i skyen) være en prikk for liten til å se. (kreditt: modifikasjon av arbeid AV NASA / W. Liller)

Figur 7: Kometens Bane og Hale. Orienteringen til en typisk komethale endres når kometen passerer perihelion. Nærmer Seg Solen, halen ligger bak det innkommende komethodet, men på vei ut går halen foran hodet.

de fleste kometer utvikler også haler når De nærmer Seg Solen. En komets hale er en forlengelse av atmosfæren, som består av samme gass og støv som utgjør hodet. Så tidlig som det sekstende århundre innså observatører at komethaler alltid peker bort fra Solen (Figur 7), ikke tilbake langs kometens bane. Newton foreslo at komethaler dannes av en avstøtende kraft av sollys som driver partikler bort fra hodet—en ide nær vår moderne utsikt.

de to forskjellige komponentene som utgjør halen (støv og gass) virker noe annerledes. Den lyseste delen av halen kalles støvhalen, for å skille den fra en svakere, rett hale laget av ionisert gass, kalt ionhalen. Ionhalen bæres utover av strømmer av ioner (ladede partikler) utgitt Av Solen. Som Du kan se i Figur 8, svinger den jevnere støvhalen litt, ettersom individuelle støvpartikler sprer seg langs kometens bane, mens den rette ionen skyves mer direkte utover Fra Solen av stjernens vind av ladede partikler

Figur 8: Komethaler. (A) Når en komet nærmer Seg Solen, blir dens egenskaper mer synlige. I DENNE illustrasjonen fra NASA som viser Kometen Hale-Bopp, kan du se en komets to haler: den lettere synlige støvhalen, som kan være opptil 10 millioner kilometer lang, og den svakere gasshalen (eller ionhalen), som er opptil hundrevis av millioner kilometer lang. Kornene som utgjør støvhalen er størrelsen på røykpartikler. (B) Kometen Mrkos ble fotografert i 1957 med et wide-field telescope Ved Palomar Observatory og viser også et klart skille mellom den rette gasshalen og den buede støvhalen. (kreditt a: modifikasjon av arbeid AV ESO / E. Slawik; kreditt b: modifikasjon av arbeid Av Charles Kearns, George O. Abell Og Byron Hill)

Rosetta Comet Mission

På 1990-tallet bestemte Europeiske forskere seg for å designe et mye mer ambisiøst oppdrag som ville matche baner med en innkommende komet og følge den når den nærmet Seg Solen. De foreslo også at et mindre romfartøy faktisk ville prøve å lande på kometen. 2-tonns hovedfartøyet Ble kalt Rosetta, med et dusin vitenskapelige instrumenter, og dets 100 kilo lander med ni instrumenter ble kalt Philae.

Rosetta-oppdraget ble lansert i 2004. Forsinkelser med oppskytningsraketten førte til at Den gikk glipp av sin opprinnelige målkomet, så En alternativ destinasjon ble valgt, Kometen Churyumov-Gerasimenko (oppkalt ETTER de to oppdagerne, men generelt betegnet 67P). Denne kometens revolusjonstid er 6,45 år, noe som gjør Den Til En Jupiter-familie komet.

Siden European Space Agency ikke hadde tilgang til PLUTONIUM-fueled kjernekraftkilder som BRUKES AV NASA for dype romoppdrag, Måtte Rosetta være soldrevet, og krever spesielt store solcellepaneler. Selv disse var ikke nok til å holde fartøyet i drift da det matchet baner MED 67P nær kometens aphelion. Den eneste løsningen var å slå av alle romfartøysystemene og la det kyst i flere år mot Solen, uten kontakt med kontroller på Jorden til solenergi var sterkere. Suksessen til oppdraget var avhengig av en automatisk timer for å slå på strømmen igjen da Den nærmet Seg Solen. Heldigvis fungerte denne strategien.

I August 2014 begynte Rosetta en gradvis tilnærming til kometkjernen, som er et merkelig misdannet objekt omtrent 5 kilometer over, ganske forskjellig Fra Halleys jevne utseende (men like mørkt). Rotasjonsperioden er 12 timer. Den 12. November 2014 ble Philae lander droppet, synkende sakte i 7 timer før forsiktig treffer overflaten. Det spratt og rullet, kommer til å hvile under et overheng der det ikke var nok sollys til å holde batteriene ladet. Etter å ha operert i noen timer og sendt data tilbake til orbiter, Gikk Philae stille. De Viktigste Rosetta-romfartøyene fortsatte imidlertid å operere, da kometaktiviteten økte, med dampbåter av gassjetting fra overflaten. Da kometen nærmet seg perihelion i September 2015, støttet romfartøyet seg for å sikre sin sikkerhet.

omfanget Av Rosetta-bildene (og data fra andre instrumenter) overgår alt astronomer tidligere har sett fra en komet. Den beste bildeoppløsningen var nesten en faktor på 100 større enn i De beste Halley-bildene. På denne skalaen ser kometen overraskende grov ut, med skarpe vinkler, dype groper og overheng (Figur 9).

Figur 9: Kometen 67PS Merkelige Form Og Overflateformasjoner. (a) dette bildet Fra Rosetta-kameraet ble tatt fra en avstand på 285 kilometer. Oppløsningen er 5 meter. Du kan se at kometen består av to seksjoner med en sammenhengende “nakke” mellom dem. (b) dette nærbilde av Kometen Churyumov-Gerasimenko er fra Philae lander. En av landings tre fot er synlig i forgrunnen. Landeren selv er for det meste i skygge. (kreditt a: endring av arbeid AV ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM/IAA/SSO/INTA/UPM / DASP / IDA; kreditt b: endring AV ARBEID AV ESA / Rosetta / Philae/CIVA)

den dobbel-lobed form AV 67p kjerne har blitt forsøksvis tilskrives kollisjon og sammenslåing av to uavhengige komet kjerner for lenge siden. Romfartøyet bekreftet at kometens mørke overflate var dekket av organiske karbonrike forbindelser, blandet med sulfider og jern-nikkelkorn. 67P har en gjennomsnittlig tetthet på bare 0,5 g / cm3 (husk vann i disse enhetene har en tetthet på 1 g/cm3.) Denne lave tettheten indikerer at kometen er ganske porøs, det vil si at det er en stor mengde tomt rom blant materialene.

vi visste allerede at fordampningen av kometen ices var sporadisk og begrenset til små jets, men i kometen 67p ble dette båret til en ekstrem. Til enhver tid er mer enn 99% av overflaten inaktiv. De aktive ventilasjonene er bare noen få meter over, med materialet begrenset til smale stråler som vedvarer i bare noen få minutter (Figur 10). Aktivitetsnivået er sterkt avhengig av solvarme, og mellom juli og August 2015 økte det med en faktor på 10. Isotopisk analyse av deuterium i vannet utløst av kometen viser at det er forskjellig fra vannet som finnes på Jorden. Således bidro tilsynelatende kometer SOM 67P ikke til opprinnelsen til våre hav eller vannet i kroppene våre, som noen forskere hadde trodd.

Figur 10: Gassstråler på Kometen 67p. (a) denne aktiviteten ble fotografert Av Rosetta-romfartøyet nær perihelion. Du kan se en jet plutselig vises; den var aktiv i bare noen få minutter. (B) dette spektakulære bildet, tatt nær perihelion, viser den aktive kometen omgitt av flere stråler av gass og støv. (kreditt a, b: endring AV arbeid AV ESA / Rosetta/ MPS; kreditt c: endring AV arbeid AV ESA / Rosetta / NAVCAM)

Ordliste

komet: en liten kropp av isete og støvete materie som dreier Seg Om Solen; når en komet kommer nær Solen, fordamper noe av dens materiale, danner et stort hode av tynn gass og ofte en hale

kjerne (av en komet): den faste delen av is og støv i hodet på en komet

hale: (av en komet) en hale som består av to deler: støvhalen er laget av støv løsnet av sublimering av is i en komet som deretter skyves av fotoner fra Solen til en buet strøm; ionhalen er en strøm av ioniserte partikler fordampet fra en komet og deretter feid bort Fra Solen av solvinden