El cometa Shoemaker-Levy 9 ( formalmente designado D / 1993 F2 ) fue un cometa que se rompió en julio de 1992 y chocó con Júpiter en julio de 1994, proporcionando la primera observación directa de una colisión extraterrestre de objetos del Sistema Solar . [4] Esto generó una gran cantidad de cobertura en los medios de comunicación populares, y el cometa fue observado de cerca por astrónomos de todo el mundo. La colisión proporcionó nueva información sobre Júpiter y destacó su posible papel en la reducción de los desechos espaciales en el interior del Sistema Solar .
Descubrimiento | |
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Descubierto por | Carolyn Shoemaker Eugene Shoemaker David Levy |
Fecha de descubrimiento | 24 de marzo de 1993 |
Características orbitales A | |
Inclinación | 94,2 ° |
Dimensiones | 1,8 km (1,1 millas) [2] [3] |
El cometa fue descubierto por los astrónomos Carolyn y Eugene M. Shoemaker y David Levy en 1993. [5] Shoemaker – Levy 9 (SL9) había sido capturado por Júpiter y estaba orbitando el planeta en ese momento. Fue localizado la noche del 24 de marzo en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 46 cm (18 pulgadas) en el Observatorio Palomar en California . Fue el primer cometa activo que se observó orbitando un planeta y probablemente había sido capturado por Júpiter entre 20 y 30 años antes.
Los cálculos mostraron que su forma fragmentada inusual se debió a un acercamiento previo más cercano a Júpiter en julio de 1992. En ese momento, la órbita de Shoemaker-Levy 9 pasó dentro del límite de Roche de Júpiter , y las fuerzas de marea de Júpiter habían actuado para separar el cometa. El cometa se observó más tarde como una serie de fragmentos de hasta 2 km (1,2 millas) de diámetro. Estos fragmentos chocaron con el hemisferio sur de Júpiter entre el 16 y el 22 de julio de 1994 a una velocidad de aproximadamente 60 km / s (37 mi / s) ( velocidad de escape de Júpiter ) o 216.000 km / h (134.000 mph). Las cicatrices prominentes de los impactos fueron más visibles que la Gran Mancha Roja y persistieron durante muchos meses.
Descubrimiento
Mientras realizaban un programa de observaciones diseñado para descubrir objetos cercanos a la Tierra , Shoemakers y Levy descubrieron el cometa Shoemaker – Levy 9 la noche del 24 de marzo de 1993, en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 0,46 m (1,5 pies) en el Palomar. Observatorio en California . El cometa fue, por tanto, un descubrimiento fortuito, pero que rápidamente eclipsó los resultados de su programa principal de observación. [6]
El cometa Shoemaker-Levy 9 fue el noveno cometa periódico (un cometa cuyo período orbital es de 200 años o menos) descubierto por Shoemakers y Levy, de ahí su nombre . Fue su undécimo descubrimiento de cometas en general, incluido el descubrimiento de dos cometas no periódicos, que utilizan una nomenclatura diferente. El descubrimiento fue anunciado en la Circular de la IAU 5725 el 26 de marzo de 1993. [5]
La imagen del descubrimiento dio el primer indicio de que el cometa Shoemaker-Levy 9 era un cometa inusual, ya que parecía mostrar múltiples núcleos en una región alargada de unos 50 segundos de arco de largo y 10 segundos de arco de ancho. Brian G. Marsden, de la Oficina Central de Telegramas Astronómicos, señaló que el cometa se encontraba a sólo 4 grados de Júpiter visto desde la Tierra, y que aunque esto podría ser un efecto de línea de visión, su movimiento aparente en el cielo sugería que el El cometa estaba físicamente cerca del planeta. [5]
Cometa con órbita joviana
Los estudios orbitales del nuevo cometa pronto revelaron que estaba orbitando a Júpiter en lugar del Sol , a diferencia de todos los demás cometas conocidos en ese momento. Su órbita alrededor de Júpiter estaba muy débilmente ligada, con un período de aproximadamente 2 años y una apoapsis (el punto en la órbita más alejado del planeta) de 0,33 unidades astronómicas (49 millones de kilómetros; 31 millones de millas). Su órbita alrededor del planeta era muy excéntrica ( e = 0,9986). [7]
El seguimiento del movimiento orbital del cometa reveló que había estado orbitando a Júpiter durante algún tiempo. Es probable que haya sido capturado desde una órbita solar a principios de la década de 1970, aunque la captura puede haber ocurrido ya a mediados de la década de 1960. [8] Varios otros observadores encontraron imágenes del cometa en imágenes de recuperación obtenidas antes del 24 de marzo, incluido Kin Endate de una fotografía expuesta el 15 de marzo, S. Otomo el 17 de marzo, y un equipo dirigido por Eleanor Helin a partir de imágenes del 19 de marzo. [9] Una imagen del cometa en una placa fotográfica de Schmidt tomada el 19 de marzo fue identificada el 21 de marzo por M. Lindgren, en un proyecto de búsqueda de cometas cerca de Júpiter. [10] Sin embargo, como su equipo esperaba que los cometas estuvieran inactivos o en el mejor de los casos exhibieran un coma de polvo débil, y SL9 tenía una morfología peculiar, su verdadera naturaleza no fue reconocida hasta el anuncio oficial 5 días después. No se han encontrado imágenes de precovery que datan de antes de marzo de 1993. Antes de que el cometa fuera capturado por Júpiter, probablemente era un cometa de período corto con un afelio justo dentro de la órbita de Júpiter y un perihelio en el interior del cinturón de asteroides . [11]
El volumen de espacio dentro del cual se puede decir que un objeto orbita a Júpiter está definido por la esfera Hill de Júpiter (también llamada esfera de Roche). Cuando el cometa pasó por Júpiter a finales de la década de 1960 o principios de la de 1970, estaba cerca de su afelio y se encontró ligeramente dentro de la esfera de Júpiter Hill. La gravedad de Júpiter empujó al cometa hacia él. Debido a que el movimiento del cometa con respecto a Júpiter fue muy pequeño, cayó casi directamente hacia Júpiter, por lo que terminó en una órbita centrada en Jove de muy alta excentricidad, es decir, la elipse estaba casi aplanada. [12]
El cometa aparentemente había pasado muy cerca de Júpiter el 7 de julio de 1992, a poco más de 40.000 km (25.000 millas) por encima de las cimas de sus nubes, una distancia menor que el radio de Júpiter de 70.000 km (43.000 millas), y muy dentro de la órbita de la parte más interna de Júpiter. la luna Metis y el límite de Roche del planeta , dentro del cual las fuerzas de las mareas son lo suficientemente fuertes como para romper un cuerpo que se mantiene unido solo por la gravedad. [12] Aunque el cometa se había acercado mucho a Júpiter antes, el encuentro del 7 de julio pareció ser con mucho el más cercano, y se cree que la fragmentación del cometa ocurrió en ese momento. Cada fragmento del cometa fue denotado por una letra del alfabeto, desde el "fragmento A" hasta el "fragmento W", una práctica ya establecida a partir de cometas fragmentados previamente observados. [13]
Más emocionante para los astrónomos planetarios fue que los mejores cálculos orbitales sugirieron que el cometa pasaría dentro de los 45.000 km (28.000 millas) del centro de Júpiter, una distancia más pequeña que el radio del planeta, lo que significa que había una probabilidad extremadamente alta de que SL9 colisionara. con Júpiter en julio de 1994. [14] Los estudios sugirieron que el tren de núcleos se adentraría en la atmósfera de Júpiter durante un período de unos cinco días. [12]
Predicciones para la colisión
El descubrimiento de que era probable que el cometa chocara con Júpiter provocó una gran emoción dentro de la comunidad astronómica y más allá, ya que los astrónomos nunca antes habían visto chocar dos cuerpos importantes del Sistema Solar. Se llevaron a cabo intensos estudios del cometa y, a medida que su órbita se estableció con mayor precisión, la posibilidad de una colisión se convirtió en una certeza. La colisión brindaría una oportunidad única para que los científicos observaran el interior de la atmósfera de Júpiter, ya que se esperaba que las colisiones causaran erupciones de material de las capas normalmente ocultas debajo de las nubes. [7]
Los astrónomos estimaron que los fragmentos visibles de SL9 variaban en tamaño desde unos pocos cientos de metros (alrededor de 1,000 pies) a dos kilómetros (1.2 millas) de ancho, lo que sugiere que el cometa original pudo haber tenido un núcleo de hasta 5 km (3.1 millas) de ancho. algo más grande que el cometa Hyakutake , que se volvió muy brillante cuando pasó cerca de la Tierra en 1996. Uno de los grandes debates antes del impacto fue si los efectos del impacto de cuerpos tan pequeños se notarían desde la Tierra, aparte de un flash mientras se desintegraban como meteoritos gigantes . [15] La predicción más optimista fue que grandes bolas de fuego balísticas asimétricas se elevarían por encima de la extremidad de Júpiter y llegarían a la luz del sol para ser visibles desde la Tierra. [16] Otros efectos sugeridos de los impactos fueron ondas sísmicas que viajan a través del planeta, un aumento de la bruma estratosférica en el planeta debido al polvo de los impactos y un aumento en la masa del sistema de anillos jovianos . Sin embargo, dado que observar tal colisión no tenía precedentes, los astrónomos fueron cautelosos con sus predicciones de lo que el evento podría revelar. [7]
Impactos
La anticipación creció a medida que se acercaba la fecha prevista para las colisiones, y los astrónomos entrenaron telescopios terrestres en Júpiter. Varios observatorios espaciales hicieron lo mismo, incluido el Telescopio Espacial Hubble , el satélite de observación de rayos X ROSAT y, significativamente, la nave espacial Galileo , que se dirigía entonces a un encuentro con Júpiter programado para 1995. Aunque los impactos tuvieron lugar en el costado del Júpiter escondido de la Tierra, Galileo , luego a una distancia de 1.6 AU (240 millones de km; 150 millones de millas) del planeta, pudo ver los impactos a medida que ocurrían. La rápida rotación de Júpiter puso a la vista los sitios de impacto para los observadores terrestres unos minutos después de las colisiones. [18]
Otras dos sondas espaciales realizaron observaciones en el momento del impacto: la nave espacial Ulysses , diseñada principalmente para observaciones solares , apuntaba hacia Júpiter desde su ubicación a 2.6 AU (390 millones de km; 240 millones de millas) de distancia, y la distante sonda Voyager 2 , a unas 44 UA (6,6 mil millones de km; 4,1 mil millones de millas) de Júpiter y en su camino fuera del Sistema Solar luego de su encuentro con Neptuno en 1989, fue programado para buscar emisiones de radio en el rango de 1–390 kHz y hacer observaciones con su espectrómetro ultravioleta. [19]
El primer impacto ocurrió a las 20:13 UTC del 16 de julio de 1994, cuando el fragmento A del núcleo entró en el hemisferio sur de Júpiter a una velocidad de aproximadamente 60 km / s (35 mi / s). [4] Los instrumentos de Galileo detectaron una bola de fuego que alcanzó una temperatura máxima de aproximadamente 24.000 K (23.700 ° C; 42.700 ° F), en comparación con la temperatura típica de la cima de una nube joviana de unos 130 K (−143 ° C; −226 ° F). , antes de expandirse y enfriarse rápidamente a aproximadamente 1.500 K (1.230 ° C; 2.240 ° F) después de 40 segundos. La pluma de la bola de fuego alcanzó rápidamente una altura de más de 3000 km (1900 mi). [20] Unos minutos después de que se detectara la bola de fuego del impacto, Galileo midió un calentamiento renovado, probablemente debido al material expulsado que caía de regreso al planeta. Los observadores terrestres detectaron que la bola de fuego se elevaba sobre la extremidad del planeta poco después del impacto inicial. [21]
A pesar de las predicciones publicadas, [16] los astrónomos no esperaban ver las bolas de fuego de los impactos [22] y no tenían idea de qué tan visibles serían los otros efectos atmosféricos de los impactos desde la Tierra. Los observadores pronto vieron una gran mancha oscura después del primer impacto. El lugar era visible incluso en telescopios muy pequeños y tenía unos 6.000 km (3.700 millas) (un radio de la Tierra) de ancho. Se pensó que esta y las siguientes manchas oscuras fueron causadas por los escombros de los impactos, y eran marcadamente asimétricas, formando formas de media luna frente a la dirección del impacto. [23]
Durante los siguientes seis días, se observaron 21 impactos distintos, y el mayor se produjo el 18 de julio a las 07:33 UTC cuando el fragmento G golpeó Júpiter. Este impacto creó una mancha oscura gigante de más de 12.000 km (7.500 millas) de ancho, y se estimó que había liberado una energía equivalente a 6.000.000 de megatones de TNT (600 veces el arsenal nuclear mundial). [24] Dos impactos con 12 horas de diferencia el 19 de julio crearon marcas de impacto de tamaño similar al causado por el fragmento G, y los impactos continuaron hasta el 22 de julio, cuando el fragmento W golpeó el planeta. [25]
Observaciones y descubrimientos
Estudios quimicos
Los observadores esperaban que los impactos les dieran un primer vistazo de Júpiter debajo de las cimas de las nubes, ya que el material inferior fue expuesto por los fragmentos del cometa que perforaron la atmósfera superior. Los estudios espectroscópicos revelaron líneas de absorción en el espectro joviano debido al azufre diatómico (S 2 ) y al disulfuro de carbono (CS 2 ), la primera detección de cualquiera de los dos en Júpiter y solo la segunda detección de S 2 en cualquier objeto astronómico . Otras moléculas detectadas incluyeron amoníaco (NH 3 ) y sulfuro de hidrógeno (H 2 S). La cantidad de azufre implícita en las cantidades de estos compuestos era mucho mayor que la cantidad que se esperaría en un pequeño núcleo cometario, lo que demuestra que se estaba revelando material del interior de Júpiter. No se detectaron moléculas portadoras de oxígeno , como el dióxido de azufre , para sorpresa de los astrónomos. [26]
Además de estas moléculas , se detectó emisión de átomos pesados como hierro , magnesio y silicio , con abundancias consistentes con lo que se encontraría en un núcleo cometario. Aunque se detectó espectroscópicamente una cantidad sustancial de agua, no fue tanta como se predijo, lo que significa que la capa de agua que se cree que existe debajo de las nubes era más delgada de lo previsto o que los fragmentos del cometa no penetraron lo suficientemente profundo. [27]
Ondas
Como se predijo, las colisiones generaron enormes olas que atravesaron Júpiter a velocidades de 450 m / s (1.476 pies / s) y se observaron durante más de dos horas después de los impactos más grandes. Se pensaba que las ondas viajaban dentro de una capa estable que actúa como guía de ondas , y algunos científicos pensaron que la capa estable debe estar dentro de la supuesta nube de agua troposférica . Sin embargo, otra evidencia parecía indicar que los fragmentos de cometas no habían alcanzado la capa de agua y que las ondas se estaban propagando dentro de la estratosfera . [28]
Otras observaciones
Las observaciones de radio revelaron un fuerte aumento en la emisión continua a una longitud de onda de 21 cm (8,3 pulgadas) después de los impactos más grandes, que alcanzaron un máximo del 120% de la emisión normal del planeta. Se pensaba que esto se debía a la radiación de sincrotrón , causada por la inyección de electrones relativistas —electrones con velocidades cercanas a la velocidad de la luz— en la magnetosfera joviana por los impactos. [29]
Aproximadamente una hora después de que el fragmento K entrara en Júpiter, los observadores registraron una emisión de auroras cerca de la región del impacto, así como en la antípoda del lugar del impacto con respecto al fuerte campo magnético de Júpiter . La causa de estas emisiones fue difícil de establecer debido a la falta de conocimiento del campo magnético interno de Júpiter y de la geometría de los sitios de impacto. Una posible explicación fue que la aceleración ascendente de las ondas de choque del impacto aceleró las partículas cargadas lo suficiente como para causar la emisión de auroras, un fenómeno más típicamente asociado con partículas de viento solar de movimiento rápido que golpean una atmósfera planetaria cerca de un polo magnético . [30]
Algunos astrónomos habían sugerido que los impactos podrían tener un efecto notable en Io torus , un toro de partículas de alta energía que conectan a Júpiter con la luna altamente volcánica Io . Los estudios espectroscópicos de alta resolución encontraron que las variaciones en la densidad de iones , la velocidad de rotación y las temperaturas en el momento del impacto y posteriormente se encontraban dentro de los límites normales. [31]
La Voyager 2 no pudo detectar nada con cálculos que mostraban que las bolas de fuego estaban justo por debajo del límite de detección de la nave. [32] Ulises tampoco pudo detectar nada. [19]
Análisis posterior al impacto
Se idearon varios modelos para calcular la densidad y el tamaño de Shoemaker-Levy 9. Se calculó que su densidad promedio era de aproximadamente 0,5 g / cm 3 (0,018 lb / cu in); la ruptura de un cometa mucho menos denso no se habría parecido a la cadena de objetos observada. Se calculó que el tamaño del cometa padre era de aproximadamente 1,8 km (1,1 millas) de diámetro. [2] [3] Estas predicciones se encuentran entre las pocas que realmente fueron confirmadas por la observación posterior. [33]
Una de las sorpresas de los impactos fue la pequeña cantidad de agua revelada en comparación con las predicciones anteriores. [34] Antes del impacto, los modelos de la atmósfera de Júpiter habían indicado que la ruptura de los fragmentos más grandes se produciría a presiones atmosféricas de entre 30 kilopascales y algunas decenas de megapascales (de 0,3 a unos pocos cientos de bares ), [27 ] con algunas predicciones de que el cometa penetraría una capa de agua y crearía un velo azulado sobre esa región de Júpiter. [15]
Los astrónomos no observaron grandes cantidades de agua después de las colisiones, y estudios de impacto posteriores encontraron que la fragmentación y destrucción de los fragmentos cometarios en un 'estallido de aire' probablemente ocurrió a altitudes mucho más altas de lo esperado anteriormente, incluso los fragmentos más grandes se destruyeron cuando la presión alcanzó 250 kPa (36 psi), muy por encima de la profundidad esperada de la capa de agua. Los fragmentos más pequeños probablemente fueron destruidos incluso antes de que alcanzaran la capa de nubes. [27]
Efectos a largo plazo
Las cicatrices visibles de los impactos se pudieron ver en Júpiter durante muchos meses. Eran extremadamente prominentes y los observadores los describieron como incluso más fácilmente visibles que la Gran Mancha Roja . Una búsqueda de observaciones históricas reveló que las manchas eran probablemente las características transitorias más prominentes jamás vistas en el planeta, y que aunque la Gran Mancha Roja es notable por su color llamativo, no hay manchas del tamaño y oscuridad de las causadas por los impactos del SL9. jamás se había registrado antes, o desde entonces. [35]
Los observadores espectroscópicos encontraron que el amoníaco y el disulfuro de carbono persistieron en la atmósfera durante al menos catorce meses después de las colisiones, con una cantidad considerable de amoníaco presente en la estratosfera en oposición a su ubicación normal en la troposfera. [36]
Contrariamente a la intuición, la temperatura atmosférica cayó a niveles normales mucho más rápidamente en los sitios de impacto más grandes que en los sitios más pequeños: en los sitios de impacto más grandes, las temperaturas se elevaron en una región de 15.000 a 20.000 km (9.300 a 12.400 millas) de ancho, pero se redujeron. a niveles normales dentro de una semana del impacto. En sitios más pequeños, las temperaturas 10 K (18 ° F) más altas que las de los alrededores persistieron durante casi dos semanas. [37] Las temperaturas estratosféricas globales aumentaron inmediatamente después de los impactos, luego cayeron por debajo de las temperaturas previas al impacto 2-3 semanas después, antes de subir lentamente a temperaturas normales. [38]
Frecuencia de impactos
SL9 no es el único en haber orbitado Júpiter durante un tiempo; Se sabe que cinco cometas (incluidos 82P / Gehrels , 147P / Kushida – Muramatsu y 111P / Helin – Roman – Crockett ) han sido capturados temporalmente por el planeta. [39] [40] Las órbitas de los cometas alrededor de Júpiter son inestables, ya que serán muy elípticas y es probable que se vean fuertemente perturbadas por la gravedad del Sol en el apojove (el punto más alejado de la órbita del planeta).
Con mucho, el planeta más masivo del Sistema Solar , Júpiter puede capturar objetos con relativa frecuencia, pero el tamaño de SL9 lo convierte en una rareza: un estudio posterior al impacto estimó que los cometas de 0,3 km (0,19 millas) de diámetro impactan al planeta una vez cada aproximadamente. 500 años y esos 1,6 km (0,99 millas) de diámetro lo hacen solo una vez cada 6.000 años. [41]
Hay pruebas muy sólidas de que los cometas se han fragmentado previamente y han chocado con Júpiter y sus satélites. Durante las misiones Voyager al planeta, los científicos planetarios identificaron 13 cadenas de cráteres en Calisto y tres en Ganímedes , cuyo origen fue inicialmente un misterio. [42] Las cadenas de cráteres que se ven en la Luna a menudo irradian desde grandes cráteres y se cree que son causadas por impactos secundarios de la eyección original, pero las cadenas en las lunas jovianas no conducen a un cráter más grande. El impacto de SL9 implicaba claramente que las cadenas se debían a trenes de fragmentos de cometas interrumpidos que chocaban contra los satélites. [43]
Impacto del 19 de julio de 2009
El 19 de julio de 2009, exactamente 15 años después de los impactos del SL9, apareció una nueva mancha negra del tamaño del Océano Pacífico en el hemisferio sur de Júpiter. Las mediciones de infrarrojos térmicos mostraron que el sitio del impacto estaba cálido y el análisis espectroscópico detectó la producción de un exceso de amoníaco caliente y polvo rico en sílice en las regiones superiores de la atmósfera de Júpiter. Los científicos han concluido que había ocurrido otro evento de impacto, pero esta vez un objeto más compacto y fuerte, probablemente un pequeño asteroide no descubierto, fue la causa. [44]
Júpiter como una "aspiradora cósmica"
El impacto de SL9 destacó el papel de Júpiter como una "aspiradora cósmica" para el interior del Sistema Solar ( barrera de Júpiter ). La fuerte influencia gravitacional del planeta lleva a que muchos pequeños cometas y asteroides colisionen con el planeta, y se cree que la tasa de impactos de cometas en Júpiter es entre 2.000 y 8.000 veces mayor que en la Tierra. [45]
En general, se cree que la extinción de los dinosaurios no aviares al final del período Cretácico fue causada por el evento de impacto del Cretácico-Paleógeno , que creó el cráter Chicxulub , [46] lo que demuestra que los impactos son una seria amenaza para la vida en la Tierra. . Los astrónomos han especulado que sin Júpiter para eliminar los posibles impactadores, los eventos de extinción podrían haber sido más frecuentes en la Tierra y la vida compleja podría no haber podido desarrollarse. [47] Esto es parte del argumento utilizado en la hipótesis de las tierras raras .
En 2009, se demostró que la presencia de un planeta más pequeño en la posición de Júpiter en el Sistema Solar podría aumentar significativamente la tasa de impacto de los cometas en la Tierra. Un planeta de la masa de Júpiter todavía parece proporcionar una mayor protección contra los asteroides, pero el efecto total en todos los cuerpos orbitales dentro del Sistema Solar no está claro. Este y otros modelos recientes cuestionan la naturaleza de la influencia de Júpiter en los impactos de la Tierra. [48] [49] [50]
Ver también
- Lista de eventos de Júpiter
- Atmósfera de Júpiter
- 73P / Schwassmann – Wachmann , un cometa cercano a la Tierra en proceso de desintegración
Referencias
Notas
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enlaces externos
- Preguntas frecuentes sobre Comet Shoemaker – Levy 9
- Galería de fotos de Comet Shoemaker – Levy 9
- Animación gif descargable que muestra el curso temporal del impacto y el tamaño en relación con el tamaño de la tierra
- Cometa Shoemaker-Levy 9 Dan Bruton, Universidad Texas A&M
- Júpiter se traga el cometa Shoemaker Levy 9 APOD: 5 de noviembre de 2000
- Colisión del cometa Shoemaker-Levy con Júpiter
- Información del Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales
- Simulación de la órbita de SL-9 mostrando el paso que fragmentó el cometa y la colisión 2 años después
- Simulador espacial interactivo que incluye una simulación 3D precisa de la colisión de Shoemaker Levy 9
- Shoemaker-Levy 9 Archivo de la campaña de observación del impacto de Júpiter en el sistema de datos planetarios de la NASA, nodo de cuerpos pequeños