El núcleo es la parte central sólida de un cometa , una vez llamado bola de nieve sucia o bola de tierra helada . Un núcleo cometario está compuesto de roca , polvo y gases congelados . Cuando los calienta el Sol , los gases se subliman y producen una atmósfera que rodea el núcleo conocida como coma . La fuerza ejercida sobre la coma por la presión de radiación del Sol y el viento solar hace que se forme una cola enorme, que apunta en dirección opuesta al Sol. Un núcleo de cometa típico tiene un albedo de 0.04. [1]Es más negro que el carbón y puede deberse a una capa de polvo. [2]
Los resultados de la nave espacial Rosetta y Philae muestran que el núcleo de 67P / Churyumov-Gerasimenko no tiene campo magnético, lo que sugiere que el magnetismo puede no haber jugado un papel en la formación temprana de planetesimales . [3] [4] Además, el espectrógrafo ALICE en Rosetta determinó que los electrones (dentro de 1 km (0,62 millas) por encima del núcleo del cometa) producidos a partir de la fotoionización de moléculas de agua por radiación solar , y no fotones del Sol como se pensaba anteriormente, son responsable de la degradación del agua y las moléculas de dióxido de carbono liberadas del núcleo del cometa a su coma . [5] [6] El 30 de julio de 2015, los científicos informaron que la nave espacial Philae , que aterrizó en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko en noviembre de 2014, detectó al menos 16 compuestos orgánicos , de los cuales cuatro (incluyendo acetamida , acetona , isocianato de metilo y propionaldehído ) se detectaron por primera vez en un cometa. [7] [8] [9]
Paradigma
Los núcleos de los cometas, a ~ 1 km y, a veces, a decenas de kilómetros, no podían resolverse con telescopios. Incluso los telescopios gigantes actuales darían solo unos pocos píxeles en el objetivo, suponiendo que los núcleos no estuvieran oscurecidos por las comas cuando estuvieran cerca de la Tierra. La comprensión del núcleo, frente al fenómeno del coma, tuvo que deducirse a partir de múltiples líneas de evidencia.
"Banco de arena volador"
El modelo de "banco de arena volador", propuesto por primera vez a fines del siglo XIX, postula un cometa como un enjambre de cuerpos, no un objeto discreto en absoluto. La actividad es la pérdida tanto de volátiles como de miembros de la población. [10] Este modelo fue defendido a mediados de siglo por Lyttleton, junto con un origen. A medida que el Sol atravesaba la nebulosidad interestelar, el material se acumulaba en remolinos de estela. Algunos se perderían, pero otros permanecerían en órbitas heliocéntricas. La captura débil explicó las órbitas largas, excéntricas e inclinadas de los cometas. Faltaban helados per se ; los volátiles se almacenaron por adsorción en granos. [11] [12] [13] [14]
"Bola de nieve sucia"
Poco después de Lyttleton, Fred Whipple publicó su modelo de "conglomerado helado". [15] [16] Esto pronto se popularizó como "bola de nieve sucia". Las órbitas de los cometas se habían determinado con bastante precisión, sin embargo, a veces los cometas se recuperaron "fuera de horario", hasta por días. Los primeros cometas podrían explicarse por un "medio resistente", como "el éter" , o la acción acumulativa de los meteoroides contra el frente del cometa (s). [17] Pero los cometas pueden regresar tanto temprano como tarde. Whipple argumentó que un empuje suave de las emisiones asimétricas (ahora "fuerzas no gravitacionales") explicaba mejor la sincronización del cometa. Esto requería que el emisor tuviera fuerza cohesiva: un solo núcleo sólido con alguna proporción de volátiles. Lyttleton continuó publicando trabajos sobre bancos de arena voladores hasta 1972. [18] La sentencia de muerte para el banco de arena volador fue el cometa Halley. Las imágenes de VeGa-2 y Giotto mostraron un solo cuerpo, emitiendo a través de una pequeña cantidad de chorros. [19] [20]
"Bola de tierra helada"
Ha pasado mucho tiempo desde que los núcleos de los cometas podían imaginarse como bolas de nieve congeladas. [21] Whipple ya había postulado una corteza e interior separados. Antes de la aparición de Halley en 1986, parecía que una superficie de hielo expuesta tendría una vida útil finita, incluso detrás de un coma. Se predijo que el núcleo de Halley sería oscuro, no brillante, debido a la destrucción / escape preferencial de gases y la retención de refractarios. [22] [23] [24] [25] El término manto de polvo ha sido de uso común desde hace más de 35 años. [26]
Los resultados de Halley superaron incluso a estos: los cometas no son simplemente oscuros, sino que se encuentran entre los objetos más oscuros del Sistema Solar [27]. Además, las estimaciones de polvo anteriores eran muy subestimadas. Tanto los granos más finos como los guijarros más grandes aparecieron en los detectores de naves espaciales, pero no en los telescopios terrestres. La fracción volátil también incluía orgánicos, no solo agua y otros gases. Las proporciones polvo-hielo parecían mucho más cercanas de lo que se pensaba. Se obtuvieron densidades extremadamente bajas (0,1 a 0,5 g cm-3). [28] Todavía se suponía que el núcleo era de hielo mayoritario, [19] quizás de forma abrumadora. [20]
Teoría moderna
Aparte de tres misiones de encuentro, Halley fue un ejemplo. Su trayectoria desfavorable también provocó breves sobrevuelos a velocidad extrema, al mismo tiempo. Las misiones más frecuentes ampliaron la muestra de objetivos, utilizando instrumentos más avanzados. Por casualidad, eventos como las rupturas de Shoemaker-Levy 9 y Schwassmann-Wachmann 3 contribuyeron a nuestra comprensión.
Se confirmó que las densidades eran bastante bajas, ~ 0,6 g cm3. Los cometas eran muy porosos [29] y frágiles a micro [30] y macroescala. [31]
Las proporciones de refractario a hielo son mucho más altas, [32] al menos 3: 1, [33] posiblemente ~ 5: 1, [34] ~ 6: 1, [35] [26] o más. [36] [37] [38]
Esta es una inversión total del modelo de bola de nieve sucia. El equipo científico de Rosetta ha acuñado el término "orgánicos minerales", para minerales y compuestos orgánicos con una fracción menor de hielos. [36]
Los cometas y los asteroides activos en el cinturón de asteroides exterior demuestran que puede haber una delgada línea que separa las dos categorías de objetos.
Origen
Los cometas, o sus precursores, se formaron en el Sistema Solar exterior, posiblemente millones de años antes de la formación de los planetas. [39] Se debate cómo y cuándo se formaron los cometas, con distintas implicaciones para la formación, la dinámica y la geología del Sistema Solar. Las simulaciones tridimensionales por computadora indican que las principales características estructurales observadas en los núcleos de los cometas pueden explicarse por la acumulación de pares de baja velocidad de los cometesimales débiles. [40] [41] El mecanismo de creación actualmente favorecido es el de la hipótesis nebular , que establece que los cometas son probablemente un remanente de los "bloques de construcción" planetesimales originales a partir de los cuales crecieron los planetas. [42] [43] [44]
Los astrónomos creen que los cometas se originan en la nube de Oort , el disco disperso , [45] y el exterior de la correa principal . [46] [47] [48]
Tamaño
Se cree que la mayoría de los núcleos de los cometas no tienen más de unos 16 kilómetros (10 millas) de diámetro. [49] Los cometas más grandes que han surgido dentro de la órbita de Saturno son C / 2002 VQ94 ( ≈100 km ), el cometa de 1729 (≈100 km), Hale-Bopp (≈60 km), 29P (≈60 km), 109P / Swift – Tuttle (≈26 km) y 28P / Neujmin (≈21 km).
El núcleo en forma de patata del cometa Halley (15 × 8 × 8 km) [49] [50] contiene cantidades iguales de hielo y polvo.
Durante un sobrevuelo en septiembre de 2001, la nave espacial Deep Space 1 observó el núcleo del cometa Borrelly y descubrió que tenía aproximadamente la mitad del tamaño (8 × 4 × 4 km) [51] del núcleo del cometa Halley. [49] El núcleo de Borrelly también tenía forma de patata y tenía una superficie negra oscura. [49] Al igual que el cometa Halley, el cometa Borrelly solo liberaba gas de áreas pequeñas donde los agujeros en la corteza exponían el hielo a la luz solar.
Se estimó que el núcleo del cometa Hale-Bopp tenía un diámetro de 60 ± 20 km. [52] Hale-Bopp parecía brillante a simple vista porque su núcleo inusualmente grande desprendía una gran cantidad de polvo y gas.
El núcleo de P / 2007 R5 probablemente solo tenga entre 100 y 200 metros de diámetro. [53]
Se estima que los centauros más grandes (inestables, que cruzan planetas, asteroides helados) tienen un diámetro de 250 a 300 km. Tres de los más grandes incluirían 10199 Chariklo (258 km), 2060 Chiron (230 km) y (523727) 2014 NW 65 (≈220 km).
Se ha estimado que los cometas conocidos tienen una densidad media de 0,6 g / cm 3 . [54] A continuación se muestra una lista de cometas que han tenido tamaños, densidades y masas estimados.
Nombre | Dimensiones km | Densidad g / cm 3 | Masa kg [55] |
---|---|---|---|
cometa Halley | 15 × 8 × 8 [49] [50] | 0,6 [56] | 3 × 10 14 |
Tempel 1 | 7,6 × 4,9 [57] | 0,62 [54] | 7,9 × 10 13 |
19P / Borrelly | 8 × 4 × 4 [51] | 0,3 [54] | 2 × 10 13 |
81P / Salvaje | 5,5 × 4,0 × 3,3 [58] | 0,6 [54] | 2,3 × 10 13 |
67P / Churyumov – Gerasimenko | Ver artículo sobre 67P | 0,4 [59] | (1,0 ± 0,1) × 10 13 [60] |
Composición
Alguna vez se pensó que el hielo de agua era el componente predominante del núcleo. [61] En el modelo de bola de nieve sucia, el polvo se expulsa cuando el hielo se retira. [62] Con base en esto, aproximadamente el 80% del núcleo del cometa Halley sería hielo de agua, y el monóxido de carbono ( CO ) congelado constituye otro 15%. Gran parte del resto es dióxido de carbono, metano y amoníaco congelados. [49] Los científicos creen que otros cometas son químicamente similares al cometa Halley. El núcleo del cometa Halley también es de un negro extremadamente oscuro. Los científicos creen que la superficie del cometa, y quizás la mayoría de los otros cometas, está cubierta por una costra negra de polvo y roca que cubre la mayor parte del hielo. Estos cometas liberan gas solo cuando los agujeros en esta corteza giran hacia el Sol, exponiendo el hielo interior a la cálida luz solar.
Se demostró que esta suposición era ingenua, comenzando por Halley. La composición del coma no representa la composición del núcleo, ya que la actividad selecciona los volátiles y contra los refractarios, incluidas las fracciones orgánicas pesadas. [63] [64] Nuestro entendimiento ha evolucionado más hacia la mayor parte del rock; [65] estimaciones recientes muestran que el agua es quizás sólo el 20-30% de la masa en los núcleos típicos. [66] [67] [62] En cambio, los cometas son predominantemente materiales y minerales orgánicos. [68]
La composición del vapor de agua del cometa Churyumov-Gerasimenko , según lo determinado por la misión Rosetta , es sustancialmente diferente de la que se encuentra en la Tierra. Se determinó que la proporción de deuterio a hidrógeno en el agua del cometa era tres veces mayor que la encontrada para el agua terrestre. Esto hace que sea poco probable que el agua de la Tierra provenga de cometas como Churyumov-Gerasimenko. [69] [70]
Estructura
En el cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko , parte del vapor de agua resultante puede escapar del núcleo, pero el 80% se vuelve a condensar en capas debajo de la superficie. [71] Esta observación implica que las delgadas capas ricas en hielo expuestas cerca de la superficie pueden ser una consecuencia de la actividad y evolución de los cometas, y que las capas globales no ocurren necesariamente al principio de la historia de formación del cometa. [71] [72]
Las mediciones realizadas por el módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, indican que la capa de polvo podría tener hasta 20 cm (7,9 pulgadas) de espesor. Debajo hay hielo duro o una mezcla de hielo y polvo. La porosidad parece aumentar hacia el centro del cometa. [73] Si bien la mayoría de los científicos pensaba que toda la evidencia indicaba que la estructura de los núcleos de los cometas son montones de escombros procesados de planetesimales de hielo más pequeños de una generación anterior, [74] la misión Rosetta disipó la idea de que los cometas son "montones de escombros" de diferentes material. [75] [76] [ dudoso ] La misión Rosetta indicó que los cometas pueden ser "montones de escombros" de material dispar. [77] Los datos no son concluyentes sobre el entorno de colisión durante la formación y justo después. [78] [79]
Terrible
El núcleo de algunos cometas puede ser frágil, una conclusión respaldada por la observación de la división de los cometas. [49] Los cometas divididos incluyen 3D / Biela en 1846, Shoemaker-Levy 9 en 1992, [80] y 73P / Schwassmann-Wachmann de 1995 a 2006. [81] El historiador griego Ephorus informó que un cometa se dividió desde el invierno de 372–373 a. C. [82] Se sospecha que los cometas se parten debido al estrés térmico, la presión interna del gas o el impacto. [83]
Los cometas 42P / Neujmin y 53P / Van Biesbroeck parecen ser fragmentos de un cometa padre. Las integraciones numéricas han demostrado que ambos cometas tenían una aproximación bastante cercana a Júpiter en enero de 1850, y que, antes de 1850, las dos órbitas eran casi idénticas. [84]
Albedo
Los núcleos cometarios se encuentran entre los objetos más oscuros que se sabe que existen en el Sistema Solar. La sonda Giotto descubrió que el núcleo del cometa Halley refleja aproximadamente el 4% de la luz que cae sobre él, [85] y Deep Space 1 descubrió que la superficie del cometa Borrelly refleja sólo el 2,5-3,0% de la luz que cae sobre él; [85] en comparación, el asfalto fresco refleja el 7% de la luz que incide sobre él. Se cree que los compuestos orgánicos complejos son el material de la superficie oscura. El calentamiento solar elimina los compuestos volátiles que dejan atrás compuestos orgánicos pesados de cadena larga que tienden a ser muy oscuros, como el alquitrán o el petróleo crudo. La misma oscuridad de las superficies de los cometas les permite absorber el calor necesario para impulsar su desgasificación .
Se cree que aproximadamente el seis por ciento de los asteroides cercanos a la Tierra son núcleos extintos de cometas (ver Cometas extintos ) que ya no experimentan desgasificación. [86] Dos asteroides cercanos a la Tierra con albedos tan bajos incluyen 14827 Hypnos y 3552 Don Quijote . [ dudoso ]
Descubrimiento y exploración
La primera misión relativamente cercana al núcleo de un cometa fue la sonda espacial Giotto . [87] Esta fue la primera vez que se obtuvieron imágenes de un núcleo a tal proximidad, llegando tan cerca como 596 km. [87] Los datos fueron una revelación, mostrando por primera vez los chorros, la superficie de bajo albedo y los compuestos orgánicos . [87] [88]
Durante su sobrevuelo, Giotto fue alcanzado al menos 12.000 veces por partículas, incluido un fragmento de 1 gramo que provocó una pérdida temporal de comunicación con Darmstadt. [87] Se calculó que Halley estaba expulsando tres toneladas de material por segundo [89] de siete chorros, haciendo que se tambaleara durante largos períodos de tiempo. [2] El núcleo del cometa Grigg – Skjellerup fue visitado después de Halley, con Giotto acercándose a 100-200 km. [87]
Los resultados de la nave espacial Rosetta y Philae muestran que el núcleo de 67P / Churyumov-Gerasimenko no tiene campo magnético, lo que sugiere que el magnetismo puede no haber jugado un papel en la formación temprana de planetesimales . [3] [4] Además, el espectrógrafo ALICE en Rosetta determinó que los electrones (dentro de 1 km (0,62 millas) por encima del núcleo del cometa) producidos a partir de la fotoionización de moléculas de agua por radiación solar , y no fotones del Sol como se pensaba anteriormente, son responsable de la degradación del agua y las moléculas de dióxido de carbono liberadas del núcleo del cometa a su coma . [5] [6]
Tempel 1 Deep Impact | Polvo de estrellas Tempel 1 | Borrelly Deep Space 1 | Wild 2 Stardust | Hartley 2 Impacto profundo | CG Rosetta |
Los cometas ya visitados son:
- cometa Halley
- 26P / Grigg-Skjellerup
- Tempel 1 (también golpeado con impactador)
- 19P / Borrelly
- 81P / Salvaje
- 103P / Hartley
- C / 2013 A1 (Siding Spring) -encuentro no planeado con la nave espacial de Marte
- 67P / Churyumov – Gerasimenko (también aterrizó en)
Ver también
- Coma (cometario)
- Hypatia (piedra)
- Lista de cometas visitados por naves espaciales
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enlaces externos
- Núcleo del cometa Halley (15 × 8 × 8 km)
- Núcleo del cometa Wild 2 (5,5 × 4,0 × 3,3 km)
- International Comet Quarterly: cometas divididos
- 67 / P de Rosetta 2 ( ESA )