Le Comete

INDICE

• 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.

Modello “ palla di neve sporca”: Comete costituite da un nucleo compatto composto da materiale

(Whipple, 1950) volatile e ghiaccio.

Abolito

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.

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).

Visione artistica di un

nucleo cometario.

StrutturaDa 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 Wild 2.

Nucleo della cometa Borrelly.

Rappresentazione di un

nucleo cometario.

Il cuore della cometaIl 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 SoleNel 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.

Cometa Hale-Bopp.

In una cometa si identificano varie tipologie di code:

CODA di IONIComposizione: 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.

CODA di POLVERIComposizione: polveri

prevalentemente di silicati e

composti del carbonio.

Colore: arancio-rossastro

Morfologia: tipicamente

ricurva ed aperta a ventaglio.

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.

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.

Cometa Hale Bopp

Coda di polveri

Coda di gas

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 Hale-

Bopp.

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).

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 sodio della

cometa Hale-Bopp.

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 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.

Distacco della coda della cometa di Halley.

Le orbiteComete a breve periodo e

periodo intermedio

Orbite circolari

o ellittiche

Comete a lungo periodo

Orbite paraboliche o

iperboliche

Orbite

Perielio: punto di massimo

avvicinamento al Sole

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.

Meteor Crater, Arizona. Cratere Manicougan, Quebec.

Tunguska, Siberia..

Collisioni con la Terra

Orbite

Inclinazione (i): angolo fra il

piano dell’ orbita e l’eclittica.

I parametri orbitali che definiscono un’orbita sono:

Distanza del perielio dal nodo

(ω): specifica l’orientazione

dell’orbita all’interno del piano.

Periodo orbitale (P) o semiasse maggiore

(a): determina le dimensioni dell’orbita

P2 = a3.

Epoca (Tau): specifica

l’istante del passaggio al

perielio.

Eccentricità (e): determina

la forma dell’orbita

Longitudine del nodo ascendente (Ω):

Con (i) definisce il piano dell’orbita.

ClassificazioneLe comete si possono dividere in 3 classi:

Hale Bopp

Halley

Encke

Comete a lungo periodo

• Periodo > 200 yr

• Orbite casuali

• Eccentricità prossima ad 1

• Afelio tra 10.000 e 100.000

UA

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

Comete a corto periodo

• Periodo < 20 yr

• Orbite poco inclinate

• Bassa eccentricità

• Afelio tra l’orbita di Marte

e quella di Giove

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.

• 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

Le comete: da dove vengono?Le comete: da dove vengono?

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 KuiperLegenda:

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.

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.

Prograssiva disgregazione del nucleo della cometa

73P/Schwassmann-Wachmann 3.

Polvere di stellePolvere 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

Meteor Crater, Arizona – 30.000 yrs. Cratere Manicougan, Quebec – 100 mln yrs.

Tunguska, Siberia - 1908.

Collisioni con la Terra

La Shoemaker-Levy 9• 16 luglio 1994: per la prima volta l’uomo ha

assistito agli effetti di un impatto cometario

• 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.

Fotografia del nucleo

di Temple 1 ottenuta

67 sec dopo

dell’impatto del

“proiettile” Impactor

(DEEP IMPACT 1).

Tracce di particelle cometarie (STARDUST).

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

MISSIONE DATA LANCIO OBIETTIVOMISSIONE DATA LANCIO OBIETTIVO

Cometa Ikeya-Seki (1965).

Cometa West (1976).

Cometa di Halley (1986).

...Alcune spettacolari immagini di comete del passato...

McNaught, la grande cometa del 2007.

Hyakutake, la grande cometa del 1996.

Hale Bopp, la grande cometa del 1997.

La cometa Panstarrs, visibile nelle luci del tramonto durante i primi mesi del 2013