ΠΛΑΝΗΤΟΕΙΔΕΙΣ (ΚΟΜΗΤΕΣ)

ΠΛΑΝΗΤΟΕΙΔΕΙΣ (ΚΟΜΗΤΕΣ) Κατά τη δημιουργία του πλανητικού μας συστήματος με τη διαδικασία της συσσώρευσης ύλης προς σχηματισμό πλανητοειδών και ακολούθως πλανητών, υπήρξαν πλανητοειδείς με κύριο συστατικό υδάτινο πάγο, που δεν αναλώθηκαν στη δημιουργία πλανητών, αλλά πλησιάζοντας τον Δία και τον Κρόνο αποβλήθηκαν από το ηλιακό σύστημα. Όσοι από αυτούς έτυχε να βρεθούν κοντά στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα, λόγω της έλξης που υπέστησαν από τα ασθενέστερα βαρυτικά τους πεδία, ετέθησαν σε τροχιές γύρω από τον Ήλιο, οι οποίες λόγω των παρέλξεων του Δία και του Κρόνου αυξήθηκαν σε έκταση. Έτσι οι πλανητοειδείς αυτοί βρίσκονται σήμερα διασκορπισμένοι (λόγω και της επίδρασης άλλων άστρων) σε μία σφαιρική περιοχή - μία σφαιρική άλω - γύρω από τον Ήλιο, η οποία εκτείνεται σε απόσταση 20.000-100.000 ΑU, διαγράφοντας τροχιές με πολύ μεγάλη εκκεντρότητα. Το πλήθος τους ανέρχεται σε 10 13. Η δεξαμενή των κομητών σχηματίζει κοντά στον Ήλιο ένα δίσκο (ζώνη του Kuiper), που εκτείνεται μέχρι το εσωτερικό νέφος του Oort (ή αλλιώς νέφος του Hill) και σχηματίζει μία σφαιρική άλω η οποία περιβάλλει τον Ήλιο. Τα ουράνια αυτά σώματα ονομάστηκαν κομήτες (comets), μία ονομασία προερχόμενη από ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της εμφάνισης τους, μία φωτεινή νεφέλη η οποία δίνει την αίσθηση της κόμης. Οι κομήτες είναι σώματα σχετικά μεγάλων διαστάσεων και κινούνται μεταξύ των άστρων, πέραν της εκλειπτικής. Εμφανίζονται διάχυτοι, γεγονός που βοηθά στη διάκριση τους από τα κινηματικώς όμοια αντικείμενα, όπως είναι οι αστεροειδείς. Ένας πλήρως ανεπτυγμένος κομήτης αποτελείται από 2 μέρη: την κεφαλή και την ουρά. 74

ΤΟ ΝΕΦΟΣ ΤΟΥ Oort Ήλιος Πλανητική περιοχή Εσωτερικό νέφος του Oort Νέφος του Oort Στην παραπάνω εικόνα φαίνεται η έκταση σε αστρονομικές μονάδες (βλέπε ΗΛΙΟΣ- Γενικά χαρακτηριστικά) και η διαμόρφωση του νέφους του Oort γύρω από τον Ήλιο και το πλανητικό μας σύστημα. 75

ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΟΜΗΤΩΝ A : κεφαλή Η κεφαλή είναι μία σφαιρική σχεδόν συμπαγής συμπύκνωση με διάμετρο της τάξης των 10 4 10 5 km. Αποτελείται από έναν στέρεο πυρήνα που βρίσκεται στην κεντρική περιοχή της με χαρακτηριστικά: Διάμετρο d = 100 m - 100 km Μάζα m = 10 16-10 21 gr Επιφανειακή θερμοκρασία T = 150-250 K Όταν ο κομήτης πλησιάζει στον Ήλιο ο πυρήνας θερμαίνεται λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας και ο πάγος εξαχνώνεται. Έτσι δημιουργείται η κόμη, που τον περιβάλλει και εκτείνεται σε απόσταση 10 5 10 6 km, καθώς και η ουρά του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να λιώνει και να μειώνεται σε μέγεθος κάθε φορά που διέρχεται από τον Ήλιο, και έτσι έπειτα από συγκεκριμένο αριθμό διαβάσεων να μένει μόνο ένας αδρανής πυρήνας, ο οποίος δύναται να διαλυθεί, δημιουργώντας μετεωρικά σμήνη. ΚΟΜΗ ΟΥΡΑ ΠΥΡΗΝΑ Σ Εικ. 1 Η δημιουργία της κόμης και της ουράς Εικ. 2 Ο πυρήνας του κομήτη Εικ. 3 Εστιάζοντας στην κεφαλή του κομήτη Εικ. 4 Μεταβολή πυκνότητας Η κόμη παράγει νεφελώδη λαμπρότητα και περιέχει μικρά στερεά σωματίδια και αέριο, που προέρχονται από τον πυρήνα. Εξασθενίζει προς τα έξω χωρίς σαφή όρια τερματισμού, με αποτέλεσμα η εκτίμηση του μεγέθους της να είναι υποκειμενική, εξαρτώμενη από τη λαμπρότητα του νυχτερινού ουρανού, το όργανο παρατήρησης και το μήκος κύματος. Η ακτίνα της ποικίλει με την ηλιοκεντρική απόσταση. Μερικές φορές μπορεί να παρουσιαστεί μία άλως που διαστέλλεται με ταχύτητα 0,1-3 km/s ενώ δεν αποκλείονται οι πίδακες, τα παραβολικά κελύφη ή άλλοι σχηματισμοί, καθώς και μία κεντρική συμπύκνωση που καλείται ψευδοπυρήνας. 76

Βίντεο 1 Όταν ο κομήτης πλησιάζει στον Ήλιο ο πυρήνας θερμαίνεται λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας και ο πάγος εξαχνώνεται. Έτσι δημιουργείται η κόμη, που τον περιβάλλει και εκτείνεται σε απόσταση 10 5 10 6 km, καθώς και η ουρά του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να λιώνει και να μειώνεται σε μέγεθος κάθε φορά που διέρχεται από τον Ήλιο, και έτσι έπειτα από συγκεκριμένο αριθμό διαβάσεων να μένει μόνο ένας αδρανής πυρήνας, ο οποίος δύναται να διαλυθεί, δημιουργώντας μετεωρικά σμήνη. (Κάντε διπλό κλικ επάνω του για να το δείτε) 77

Αν εστιάσουμε περισσότερο στον πυρήνα της κεφαλής του κομήτη, θα διαπιστώσουμε το αίτιο κίνησης του κομήτη, καθώς θα δούμε πίδακες αερίων να εξορμούνται από αυτόν. Πρόκειται για ατμούς νερού σε ποσοστό περίπου 80%, η παραγωγή των οποίων όπως εκτιμήθηκε από τον κομήτη του Χάλεϋ, είναι της τάξης των 30 τόννων/sec. Υπό την επίδραση του Ήλιου πάγοι εξαερώνονται εκτοξεύοντας αέρια με μεγάλη ταχύτητα (jet), από τον πυρήνα. Όρη Κρατήρας Πίδακας Παγωμένα συστατικά με τη μορφή ένυδρων μορίων (ΝΗ 3, CH 4, CO 2, CΗ 3 ΟΗ, C 2 H 6,, HCN, κ.α.), ανακατεμένα με μετεωρικά υλικά και προσκολλημένα σε νιφάδες χιονιού από νερό, πιστεύεται ότι αποτελούν τον πυρήνα, συνιστώντας «βρώμικες χιονόμπαλες» ή «βρώμικες νιφάδες» Πάγος: Η 2 Ο (κυρίως) CΟ 2 CO Κόκκοι σκόνης Πίδακας (jet) Από την ανάλυση των αερίων και των σωματιδίων σκόνης που απελευθερώνει ο κομήτης βλέπουμε πως αυτός περιέχει τα συστατικά του ηλιακού συστήματος άνθρακα C, άζωτο Ν, οξυγόνο Ο, πυρίτιο Si, θείο S και μαγνήσιο Mg και μάλιστα στις ίδιες αναλογίες. Αν δε, λάβουμε υπόψη και τη ραδιοχρονολόγηση των κόκκων σκόνης, αναζητούμε τη γέννηση των κομητών στις απαρχές της δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος, γεγονός που καθιστά τη μελέτη τους πολύτιμο εργαλείο για τη διερεύνηση των αρχικών συνθηκών δημιουργίας αυτού, καθώς οι αλήτες του ουρανού αποτελούν το παλαιότερο και ίσως καλύτερα διατηρημένο υλικό. 78

ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΟΜΗΤΩΝ B : ουρά Οι ουρές των κομητών ταξινομούνται στους παρακάτω τύπους: ΤΥΠΟΥ Ι ή ΟΥΡΑ ΙΟΝΤΩΝ: o τύπος αυτός ουράς βρίσκεται συνήθως σε αντίθεση προς τον Ήλιο αφού έχει λεπτή υφή και αποτελείται από ιονισμένα μόρια, τα οποία εξαχνώνονται και σέρνονται πίσω καθώς κοντράρονται από τον ηλιακό άνεμο. Εξαίρεση αποτελούν ορισμένοι μόνο κομήτες που στρέφουν τις ουρές τους προς τον Ήλιο και γι αυτό ονομάζονται πώγωνες. Οι ουρές ιόντων είναι ευθύγραμμες (εμφανίζονται άλλοτε ως ευθείες και άλλοτε σαν μακρά ρεύματα, ως τυρβώδεις ή κυματιστές, ως νέφη ή ως κόμποι). ΤΥΠΟΥ ΙΙ ή ΟΥΡΑ ΣΚΟΝΗΣ: αποτελείται από κόκκους σκόνης (συμπέρασμα που προκύπτει από την αντανάκλαση από αυτούς του ηλιακού φωτός) και βρίσκεται στο επίπεδο της τροχιάς του κομήτη. Έχουν λεπτή υφή και είναι γενικά καμπύλες πλατύτερες και ομαλότερες από αυτές του τύπου Ι. ΤΥΠΟΥ ΙΙΙ (ΟΥΡΑ ΣΚΟΝΗΣ): είναι ίδιας σύστασης με αυτή του τύπου ΙΙ, με μεγαλύτερη όμως καμπυλότητα και κόκκους σκόνης μεγαλύτερων διαστάσεων. Μερικοί κομήτες έχουν ουρά μόνο ενός τύπου, ενώ άλλοι εμφανίζουν και τις δύο, ή ακόμη πολλές ουρές τύπου ΙΙ και μία τύπου Ι. Αυτές του τύπου Ι είναι μάλλον αμυδρές οπτικά, αλλά λαμπρές στα μικρότερα μήκη κύματος (δηλ. στο ιώδες). Οι άλλες του τύπου ΙΙ φαίνονται λαμπρότερες στο ορατό επειδή το φως τους είναι πιο ερυθρό. ΠΥΡΗΝΑΣ ΟΥΡΑ ΙΟΝΤΩΝ ΚΟΜΗ ΝΕΦΟΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΟΥΡΑ ΣΚΟΝΗΣ ΤΡΟΧΙΑ ΚΟΜΗΤΗ ΗΛΙΟΣ Εικ. 1 Η δομή ενός κομήτη 79

Βίντεο 2 Οι ουρές ιόντων των κομητών δύναται να εμφανιστούν σαν μακρά ρεύματα, ως τυρβώδεις ή κυματιστές, ως νέφη ή ως κόμποι. (Κάντε διπλό κλικ επάνω του για να το δείτε) 80

ΤΡΟΧΙΕΣ ΤΩΝ ΚΟΜΗΤΩΝ Με την προσέγγιση του περιηλίου οι ουρές μεγαλώνουν, ενώ με την απομάκρυνση μικραίνουν, ώσπου μηδενίζονται στο αφήλιο. ΓΗ ΗΛΙΟΣ Περιήλιο Αφήλιο Για να προσδιορίσουμε από πού προέρχεται ένας κομήτης με ελλειπτική τροχιά, και πού βρίσκεται το αφήλιο της τροχιάς του, ελέγχουμε τη σχέση του με την εκλειπτική. Έτσι, αν για πολύ μακρινές από τον Ήλιο αποστάσεις η τροχιά του απέχει από το επίπεδο της εκλειπτικής, τότε προέρχεται από το νέφος του Όορτ, ενώ αν σε πιο κοντινή απόσταση βρίσκεται κοντά στο επίπεδο της εκλειπτικής, τότε προέρχεται από τη ζώνη τoυ Kuiper. 81

Βίντεο 3, 4, 5 και 6 Όταν ο κομήτης πλησιάζει στον Ήλιο η ουρά ιόντων του στρέφεται αντίθετα προς αυτόν εξαιτίας της αλληλεπίδρασης της με το φορτισμένο, μαγνητισμένο πλάσμα του ηλιακού ανέμου. Η στροφή αυτή πραγματοποιείται πάνω στη διεύθυνση των ρευματικών γραμμών του Ήλιου δηλ. πάνω στη διεύθυνση των σπειρών του Αρχιμήδη. (Κάντε διπλό κλικ επάνω τους για να τα δείτε) 82

Η τροχιά ενός κομήτη, θεωρώντας ότι αυτή σχηματοποιείται από την επίδραση του Ήλιου, θα είναι μία κωνική τομή με τον Ήλιο να βρίσκεται στην εστία, η οποία θα περιγράφεται από τους νόμους του Κέπλερ και του Νεύτωνα. Ο τύπος της κωνικής αυτής τομής εξαρτάται από την εκκεντρότητα ε. Έτσι: Για ε<1 η τροχιά είναι έλλειψη (ΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ = σταθερή) Για ε=0 η τροχιά είναι κύκλος Για ε>0 η τροχιά είναι υπερβολή (ο κομήτης είναι περιοδικός) (ο κομήτης μπορεί να πάει σε άπειρη απόσταση από τον Ήλιο) Για ε=1 η τροχιά είναι παραβολή (ΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ = 0 και αυτό συμβαίνει όταν η ταχύτητα του κομήτη είναι ίση με την ταχύτητα διαφυγής) Η τροχιά του κομήτη περιγράφεται πλήρως από 6 στοιχεία που ονομάζονται στοιχεία της τροχιάς 3 γωνίες που περιγράφουν τον προσανατολισμό της τροχιάς στο χώρο, την εκκεντρότητα ε που καθορίζει το σχήμα της τροχιάς, την απόσταση q του περιηλίου που καθορίζει το μέγεθος της τροχιάς. Η θέση του κομήτη είναι δυνατό να προσδιοριστεί αν ο χρόνος διάβασης t από το περιήλιο είναι γνωστός. Εικ. Οι δυνατές τροχιές των κομητών Μία παραβολική τροχιά υπολογίζεται πιο εύκολα, αφού το ένα στοιχείο είναι γνωστό (ε = 1) και γι αυτό όλες οι τροχιές των νέων κομητών θεωρούνται στην αρχή ως παραβολικές. Αν τότε, ο πίνακας που προκύπτει με τις προβλεπόμενες θέσεις του κομήτη από την τροχιά αυτή (γνωστός με το όνομα εφημερίδα), δεν κριθεί ικανοποιητικός από τις επόμενες παρατηρήσεις, τότε η τροχιά διορθώνεται ως ελλειπτική. Στην πραγματικότητα όμως η τροχιά ενός κομήτη δεν είναι τόσο απλή επειδή διαταράσσεται, άλλοτε λιγότερο και άλλοτε περισσότερο από τη βαρυτική έλξη των πλανητών, ιδιαίτερα των μεγάλων όπως είναι ο Δίας και ο Κρόνος. Επίσης, η εκτόξευση αερίων από τον πυρήνα του κομήτη μπορεί να επηρεάσει την κίνησή του. 83

Οι τροχιές των κομητών μπορούν να χωριστούν σε 2 κατηγορίες: μη περιοδικοί και μακράς περιόδου κομήτες και βραχυπερίοδοι κομήτες. ΜΗ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΙ και ΜΑΚΡΑΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΚΟΜΗΤΕΣ: είναι σχεδόν παραβολικοί κομήτες με περιόδους μεγαλύτερες των 100 ετών. Οι τροχιές τους έχουν εκκεντρότητες πολύ κοντά στη μονάδα από 0,96 < ε < 1,0 και 1,0 < ε < 1,3, οπότε είτε πλησίασαν την περιοχή των πλανητών πάνω σε ελλειπτικές τροχιές, είτε απομακρύνθηκαν από τον Ήλιο κατά μήκος υπερβολών εγκαταλείποντας το ηλιακό σύστημα. Ο προσανατολισμός των τροχιών τους παρουσιάζει κλίσεις που κυμαίνονται από 0 ο 180 ο ως προς την εκλειπτική. Εικ.1 Μη περιοδικοί & μακράς περιόδου κομήτες Εικ.2 Βραχυπερίοδοι κομήτες ΒΡΑΧΥΠΕΡΙΟΔΟΙ ΚΟΜΗΤΕΣ: είναι περιοδικοί κομήτες με περίοδο μικρότερη από 20 χρόνια. Οι κομήτες αυτοί έπειτα από τη δίοδο τους από τον περιήλιο παγιδεύτηκαν από τους μεγάλους πλανήτες και κυρίως από το Δία. Έτσι, οι κομήτες που συνελήφθησαν από το Δία έχουν περιόδους από 5-9 έτη, η μέση κλίση της τροχιάς τους είναι 12 ο ως προς την εκλειπτική, παρουσιάζουν εκκεντρότητες μεταξύ 0,35 και 0,85 και αποστάσεις περιηλίου κοντά στη μέση ηλιοκεντρική απόσταση του Δία. Οι κινήσεις τους τροποποιούνται πολύ από το Δία και έτσι αυτοί αποτελούν μία οικογένεια που είναι γνωστή ως ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑ. Όμοιες οικογένειες συγκροτούνται γύρω από τους Ουρανό, Κρόνο και Ποσειδώνα με λιγότερο όμως αριθμό κομητών η κάθε μία. 84

ΦΑΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΚΟΜΗΤΩΝ 1. ΟΡΑΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Τα φάσματα των κομητών περιλαμβάνουν 3 τύπους εκπομπής: ΣΥΝΕΧΕΣ ΦΑΣΜΑ: προέρχεται από το κέντρο του κομήτη και εμφανίζεται ως λεπτή ταινία που διακόπτεται από ηλιακές γραμμές απορρόφησης (Fraunhofer), αν και λίγο πιο μετατοπισμένη στο ερυθρό σε σχέση με τον Ήλιο. Οφείλεται στην ανάκλαση ή στη σκέδαση του φωτός του Ήλιου από την κεφαλή. Ο πυρήνας είναι γενικά αμυδρός και δεν καταγράφεται το φάσμα του στο ορατό, αφού η παρατήρηση του κομήτη γίνεται κυρίως στην περιοχή του περιηλίου όπου έχει αναπτυχθεί η νεφέλη, της οποίας η ακτινοβολία καλύπτει αυτή του πυρήνα. ΤΑΙΝΙΩΤΟ ΦΑΣΜΑ: πρόκειται για ταινίες εκπομπής σε συγκεκριμένα μήκη κύματος που οφείλεται σε ουδέτερες ρίζες (CH, NH, OH, CN, C 2, C 3, NH 2 ) και σε χημικώς ασταθή μόρια. Όταν ο κομήτης πλησιάζει τον Ήλιο οι μοριακές εκπομπές γίνονται πολύ ασθενείς. Εκπομπές από μοριακά ιόντα (CH +, N 2 +, OH +, CΟ +, CΟ 2 + ) προέρχονται από το φάσμα μιας λαμπρής ουράς. 85

ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΦΑΣΜΑ: περιλαμβάνει έντονες ατομικές γραμμές που οφείλονται σε ουδέτερα στοιχεία (ομάδα του σιδήρου, του καλίου του ασβεστίου) και παρουσιάζονται στο ηλιακό στέμμα καθώς ο κομήτης πλησιάζει τον Ήλιο σε απόσταση μικρότερη από 0,2 AU, όπως και γραμμές νατρίου Νa που εμφανίζονται όταν ο κομήτης βρίσκεται σε απόσταση 1AU από τον Ήλιο. 2. ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΗ και ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Τα μόρια της ύλης που τον αποτελούν τον πυρήνα του κομήτη περιστρέφονται ενώ παράλληλα πάλλονται και δονούνται γύρω από μία θέση, με αποτέλεσμα να παράγεται ραδιοφωνική ακτινοβολία από την περιστροφή και υπέρυθρη από τις ταλαντώσεις. 86

Εικ. Χαρτογράφηση της τροχιάς ενός κομήτη 87

88

89