Πόσο ζουν οι κομήτες;

Συχνές ερωτήσεις, Μάρτιος 2006

Οι πλανήτες του ηλιακού συστήματος διαιρούνται συνήθως σε δύο ομάδες. Όσοι βρίσκονται πλησιέστερα στον Ήλιο (Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Άρης) ονομάζονται γήινοι πλανήτες — οι επιφάνειες τους χαρακτηρίζονται από την ίδια περίπου χημική σύσταση. Αντιθέτως, οι δίιοι πλανήτες (Δίας, Κρόνος, Ποσειδώνας και Ουρανός) έχουν πολύ περισσότερο υδρογόνο και ήλιο στα εξωτερικά τους στρώματα. Γύρω από τον Ήλιο περιφέρονται επίσης και πολλοί μικροί πλανήτες όπως λέγονται ή αστεροειδείς, οι οποίοι παρουσιάζουν χημική σύσταση παρεμφερή προς εκείνη των γήινων πλανητών.

Μερικές φορές η περιοχή εγγύς του Ήλιου δέχεται την επίσκεψη κομητών, οι οποίοι από χημική άποψη διαφέρουν τόσο από τους γήινους όσο και από τους δίιους πλανήτες. Έχει δε διατυπωθεί η υπόθεση πως στο ηλιακό μας σύστημα υπάρχει ένα τεράστιο πλήθος μικρών ουράνιων σωμάτων, τα οποία κείνται πέραν της τροχιάς του Πλούτωνα, στο λεγόμενο Νέφος Oort. Κατά κανόνα, τα στερεά σώματα που περιέχει αυτό το νέφος, μαζί με τα αέρια και τη μεσογαλαξιακή σκόνη, περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο κατά την ίδια φορά όπως και οι πλανήτες. Κινούνται βραδύτατα, μερικές φορές όμως, όταν περνούν πολύ κοντά το ένα από το άλλο, τα μέτρα και οι κατευθύνσεις των ταχυτήτων τους μπορεί να παρουσιάζουν αξιοσημείωτες μεταβολές.

Αν, συνεπεία μιας τέτοιας συνάντησης, κάποιο ουράνιο σώμα μεταβιβάσει ένα σημαντικό μέρος της ορμής του σε κάποιο άλλο, η αρχική του τροχιά αλλάζει, οδηγώντας το πλησιέστερα προς τον Ήλιο. Οι αστρονόμοι λένε τότε ότι το ουράνιο αυτό σώμα πέφτει από το Νέφος Oort στην ηλιακή περιοχή. Ανάλογα με την ταχύτητα που έχει όσο βρίσκεται στην περιφέρεια του ηλιακού συστήματος, το συγκεκριμένο σώμα ενδέχεται να μετατραπεί είτε σε "εφάπαξ επισκέπτη" είτε σε έναν κομήτη με μακρά περίοδο.

Διερχόμενο πλησίον κάποιου από τους μεγάλους πλανήτες, ένα τέτοιο ουράνιο σώμα μπορεί να μεταβάλει πάλι την ταχύτητα του (δηλαδή, να πραγματοποιήσει έναν βαρυτικό ελιγμό) και να γίνει ένας κομήτης με μάλλον βραχεία περίοδο περιφοράς, όπως ο κομήτης του Halley.

Οι αστρονομικές παρατηρήσεις των φασμάτων εκπομπής από τις ουρές των κομητών έδειξαν ότι οι πυρήνες των κομητών συνίστανται από πτητικές ουσίες όπως το νερό, το μεθάνιο και η αμμωνία. Αναμφίβολα, μένουν πολλά ακόμη να μάθουμε σχετικά με τις διαφορές ως προς τη χημική σύσταση που παρουσιάζονται ανάμεσα στους δίιους πλανήτες, του γήινους πλανήτες και τους κομήτες.

Αλλά πόσο χρόνο ζει ο παγωμένος πυρήνας ενός κομήτη; Και είναι η διάρκεια ζωής του μεγάλη ή μικρή εν συγκρίσει προς εκείνη του ηλιακού μας συστήματος;

Για να εκτιμήσουμε τη διάρκεια ζωής ενός κομήτη πρέπει να κάνουμε κάποιες παραδοχές. Πρώτον ότι η διαδικασία απώλειας της μάζας του - πάγος και σκόνη - συντελείται με σαφώς ταχύτερο ρυθμό στην ισημερινή ζώνη παρά στις πολικές περιοχές. Εξαιτίας, λοιπόν, τούτης της ανομοιόμορφης εξάχνωσης του πάγου, ο κομήτης προσλαμβάνει σχήμα επιμηκυσμένο κατά τον άξονα της περιστροφής του. Ο ρυθμός της ισημερινής λέπτυνσης του κομήτη δεν εξαρτάται από το μέγεθος του, διότι καθορίζεται από το ισοζύγιο των ενεργειακών εισροών λόγω απορρόφησης ηλιακής ενέργειας και απωλειών λόγω εξάχνωσης. Είναι σαφές ότι λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας του κομήτη οι απώλειες της θερμότητας οφείλονται εξολοκλήρου στην εξάχνωση του πάγου από την επιφάνεια του.

Επίσης, πρέπει να δεχθούμε ότι οι περιοδικοί κομήτες περνούν το μεγαλύτερο μέρος του βίου τους μακριά από τον ήλιο. Εντούτοις, ο ρυθμός με τον οποίο χάνουν τη μάζα τους επιταχύνεται ραγδαία κατά τις μικρές περιόδους που κινούνται σε σχετικά μικρές αποστάσεις από τον Ήλιο. Αν ο κομήτης του Halley είχε πυρήνα από πάγο διαμέτρου 10 km και περνούσε κοντά από τον Ήλιο σε απόσταση 0,5 a.u. (το δεύτερο δεδομένο αντιστοιχεί σε περίοδο περιφοράς 80 ετών), για να εξαχνωθεί ολοσχερώς θα αρκούσαν μόνο 1.300 περιφορές —δηλαδή, μόνο 100.000 έτη, τα οποία αντιπροσωπεύουν μια χρονική περίοδο αμελητέα σε σύγκριση με την ηλικία του ηλιακού συστήματος (5 δισεκατομμύρια έτη). Αυτό εξηγεί γιατί οι κομήτες αποτελούν τόσο σπάνιους καλεσμένους στο στερέωμα και δεν μας επισκέπτονται βραδιά παρά βραδιά —απλούστατα, αποκλείεται να συγκεντρωθούν κοντά στον Ήλιο σε κάποιον αξιόλογο αριθμό.

Η εμφάνιση ενός κομήτη με περίοδο συγκρίσιμη προς την περίοδο περιφοράς των μεγάλων πλανητών συνιστά σπάνιο γεγονός, διότι απαιτεί ένα συνδυασμό συνθηκών τέτοιων ώστε ο κομήτης, κατά τη διάβαση του πλησίον του Ήλιου, να έλθει σε ισχυρή αλληλεπίδραση με κάποιον από τους μεγάλους πλανήτες. Ο συγκεκριμένος πλανήτης πρέπει να τροποποιήσει την τροχιά του κομήτη κατά τέτοιον τρόπο ώστε η μακρά περίοδος του δεύτερου (ή η μη περίοδος, στην περίπτωση που πρόκειται για εφάπαξ επισκέπτη) να μετατραπεί σε βραχεία.

Για να είμαστε πιο σαφείς, η ζωή ενός κομήτη είναι περιορισμένη για τουλάχιστον δύο λόγους:

Πρώτον, ο πυρήνας του κομήτη χάνει μάζα με ρυθμούς που δεν μπορεί να την κρατήσει για πάρα πολύ χρόνο. Παραδείγματος χάριν, έστω ένας σφαιρικός πυρήνας ακτίνας 5 χιλιομέτρων, τότε αυτός έχει μια μάζα 4x10¹⁵ kg. Όταν είναι κοντά στον ήλιο, αυτός ο πυρήνας μπορεί να με την εξάχνωση να χάσει μια μάζα 10⁴ kg/s ή 10 τόνοι ανά δευτερόλεπτο, έτσι η διάρκεια ζωής αυτού του κομήτη 4x10¹¹ s ή 1000 χρόνια. Η αλήθεια είναι ότι ο κομήτης αυτός θα περάσει ένα μόνο μέρος της τροχιάς του κοντά στον ήλιο, και έτσι μπορεί να είναι σε θέση να συνεχίσει να 'ζει' περισσότερο από 1000 χρόνια, αλλά είναι ανίκανος να διατηρήσει την μάζα του για ένα χρονικό διάστημα σαν την ηλικία του ηλιακού συστήματος, 4.5 δισ. χρόνια.

Δεύτερον, οι ενεργοί κομήτες είναι υπό τον βαρυτικό έλεγχο των πλανητών. Υπάρχει μια πεπερασμένη πιθανότητα ότι ένας κομήτης είτε θα εκτιναχθεί έξω από το ηλιακό σύστημα, εξατμιζόμενος στον ήλιο, είτε θα απορροφηθεί από μέσω μιας σύγκρουσης με έναν από τους πλανήτες (όπως στη διάσημη περίπτωση του Shoemaker-Levy 9). Η "δυναμική" διάρκεια ζωής ενός τυπικού κομήτη είναι περίπου 500.000 χιλιάδες χρόνια.

Δεδομένου ότι οι κομήτες που βλέπουμε τώρα δεν μπορούν να έχουν παρουσία στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα για περισσότερο από ένα εκατομμύριο χρόνια περίπου, έχουμε δύο επιλογές. Είτε οι κομήτες είναι νεαρά αστρονομικά σώματα, που σημαίνει ότι δημιουργούνται κάπου στο ηλιακό σύστημα και 'πετιούνται' έπειτα στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, όπου γίνονται ενεργοί και ανακαλύπτονται. Το πρόβλημα με αυτό είναι ότι δεν βλέπουμε οποιαδήποτε θέση στο ηλιακό σύστημα, όπου μπόρεσαν να σχηματιστούν οι κομήτες αυτή την περίοδο. Έτσι, φαίνεται λογικότερο ότι οι κομήτες σχηματίστηκαν με το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα και έχουν αποθηκευτεί από το σχηματισμό του σε μια ψυχρή τοποθεσία, όπου οι παγωμένοι πυρήνες θα ήταν σταθεροί. Οι δύο πιο ψυχρές τέτοιες θέσεις στο ηλιακό σύστημα, όπου είναι αποθηκευμένοι οι κομήτες, είναι το Νέφος Oort και η ζώνη Kuiper.

Φανταστείτε ότι κάθε δεκαετία (κατά μέσο όρο) εμφανίζεται στον νυχτερινό ουρανό κάποιος κομήτης με χαρακτηριστικά παρεμφερή προς εκείνα του κομήτη του Halley. Κάτι τέτοιο θα σήμαινε ότι περίπου δέκα μεγάλα αντικείμενα εμφανίζονται περιοδικά πλησίον του Ήλιου και γίνονται ορατά ως κομήτες. Εφόσον η διάρκεια ζωής ενός τέτοιου κομήτη ανέρχεται κατά προσέγγιση στα 100.000 έτη, θα συμπεραίναμε ότι παρόμοιοι κομήτες αναδύονται από το Νέφος Oort με συχνότητα περίπου ένας ανά 10.000 έτη, καθώς και ότι κατά την περίοδο ύπαρξης της Γης έχουν εμφανιστεί πλησίον του Ήλιου και εξαχνωθει κάπου μισό εκατομμύριο κομήτες παρόμοιοι με εκείνον του Halley.

Οι κομήτες που είναι δευτερεύοντα μικρά αντικείμενα του ηλιακού συστήματος, πιστεύεται πως δημιουργούνται είτε στη ζώνη Kuiper είτε στα νέφη Oort, που και τα δύο βρίσκονται έξω από την τροχιά του Πλούτωνα. Πρόκειται για υλικό που είναι σχηματισμένο με το αρχέγονο ηλιακό σύστημα, ταυτόχρονα με αυτό, αλλά δεν συμπυκνώθηκε σε πλανήτες (Θεωρία του Ολλανδού αστρονόμου Oort).

Οι κομήτες αποτελούνται ουσιαστικά από τα βραχώδη σωμάτια, πάγο, μεθάνιο, αμμωνία, και ίχνη άλλων στοιχείων. Η θερμοκρασία τους λόγω της τεράστιας απόστασης τους από τον ήλιο, φθάνει τους 0 βαθμούς Celsius και το πλήθος τους τεράστιο, πάνω από 100 δισεκατομμύρια.

Ο πιο ονομαστός είναι ο κομήτης του Haley, που έχει παρατηρηθεί από το 240 π.Χ.. Τελευταία φορά πέρασε το 1986, ενώ το 1910 αναστάτωσε τους κατοίκους της Γης περνώντας πολύ κοντά της.

Ο Fred Whipple πρώτος, το 1951, χρησιμοποίησε τον όρο "βρώμικη χιονομπάλα" για να δείξει από τι αποτελούνταν οι κομήτες.

Ένας κομήτης έχει πολλά μέρη, ο πρώτος είναι ο πυρήνας, ή η βραχώδης-βρώμικη χιονομπάλα που σχηματίζει το αρχικό σώμα του κομήτη, το επόμενο μέρος είναι η κόμη, το οποίο είναι ένα νέφος αερίου που περιβάλλει τον πυρήνα, που δημιουργείται από την εξάχνωση των πιό πτητικών αερίων (διοξείδιο του άνθρακα κλπ) καθώς ο κομήτης θερμαίνεται καθώς πλησιάζει τον ήλιο.

Το αέριο της κόμης αλληλεπιδρά με τους ηλιακούς ανέμους, δημιουργώντας πολλές φορές την ουρά από σκόνη (φωτεινότερη ουρά) και την ιονική ουρά (γαλαζωπή ουρά).

Υπάρχουν δύο τύποι κομητών, οι κομήτες βραχείας περιόδου, οι οποίοι βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον τον ήλιο, σε ελλειπτικές τροχιές, που διέρχονται μιά φορά κάθε 200 έτη ή και λιγότερο. Οι κομήτες βραχείας περιόδου δημιουργήθηκαν πιθανώς ως αποτέλεσμα της βαρυτικής αλληλεπίδρασης με τους μεγαλύτερους πλανήτες, γίγαντες αερίου, όπως ο Δίας και ο Κρόνος. Συλλαμβάνονται οι κομήτες, έτσι ώστε οι τροχιές τους να βρίσκονται σχεδόν αποκλειστικά μέσα στο ηλιακό σύστημα.

Κάθε φορά που φθάνει ο κομήτης στο περιήλιον, χάνει ολοένα και περισσότερο τη πτητική μάζα του, έως ότου μείνει μόνο με το βραχώδες μέρος του κομήτη. Αυτό το υπόλοιπο θα ονομαστεί αστεροειδής. Περίπου το 50% των πλησιέστερων στη Γη αστεροειδών θεωρούνται συγχρόνως και κομήτες.

Ο άλλος τύπος είναι ο κομήτης μακράς περιόδου, αυτοί οι κομήτες έχουν αφ'ενός τροχιές που υπερβαίνουν τα 200 έτη, και αφ' ετέρου εμφανίζονται να μην προέρχονται από οποιαδήποτε θέση στο διάστημα. Έχουν ιδιαίτερα παραβολικές τροχιές. Οι κομήτες όπως ο Halae- Bopp και ο Kohoutek είναι τέτοια παραδείγματα. Ο κομήτης Kohoutek είχε ένα τεράστιο ποσό ιδιαίτερα πτητικού υλικού, το οποίο δεν είναι ασυνήθιστο για έναν κομήτη που κάνει μια από τις πρώτες στενές επαφές του με τον ήλιο.