Nauka

Komety atakują

Goście z kosmosu na naszym niebie

Napędzana silnikiem jonowym sonda Deep Space 1 zbliża się do komety 19P Borrelly. Misja została zakończona w 1999 r. Napędzana silnikiem jonowym sonda Deep Space 1 zbliża się do komety 19P Borrelly. Misja została zakończona w 1999 r. NASA
W marcu i w listopadzie na naszym niebie zagoszczą atrakcyjni przybysze z dalekich peryferii Układu Słonecznego.
Kometa McNaught oglądana z centralnych Andów w Chile. Odwiedziła nas w 2007 r.Sebastian Deiries/ESO Kometa McNaught oglądana z centralnych Andów w Chile. Odwiedziła nas w 2007 r.
Sonda Rosetta na orbicie wokół jądra komety Czuriumow-Gerasimienko. Widać też lądownik Philae.ESA Sonda Rosetta na orbicie wokół jądra komety Czuriumow-Gerasimienko. Widać też lądownik Philae.
Lądownik Philae na jądrze komety Czuriumow-Gerasimienko.ESA Lądownik Philae na jądrze komety Czuriumow-Gerasimienko.

Artykuł w wersji audio

Każde pojawienie się jasnej komety to spektakl zachęcający do spojrzenia w niebo nawet tych, którzy na co dzień zupełnie nie interesują się astronomią. Ostatni raz mieliśmy taką okazję 16 lat temu, gdy przez nieboskłon przewędrowała kometa Hale-Bopp. W tym roku mamy szansę obejrzeć jeszcze efektowniejsze przedstawienie, którego protagonistką jest odkryta we wrześniu ubiegłego roku kometa C/2012 S1, znana także pod nazwą ISON. Jej występy będą poprzedzone na pewno mniej spektakularnym, ale dla specjalistów równie ekscytującym pojawieniem się odkrytej ponad rok wcześniej komety PANSTARRS.

Nazwy komet to najczęściej nazwiska ich odkrywców (poza nielicznymi wyjątkami podawane w mianowniku; na przykład nazwa Hale-Bopp upamiętnia Alana Hale’a i Thomasa Boppa). Trudno jednak sobie wyobrazić, by ktoś nazywał się ISON, a tym bardziej PANSTARRS. I rzeczywiście, w obu przypadkach są to akronimy. W pierwszym – od International Scientific Optical Network – Międzynarodowa Naukowa Sieć Optyczna – złożona z kilkunastu teleskopów przeznaczonych głównie do śledzenia kosmicznych śmieci krążących w pobliżu satelitów telekomunikacyjnych; w drugim – od PANoramic Survey Telescope And Rapid Response System (Panoramiczny System Śledzących Teleskopów Szybkiego Reagowania), którego podstawowym zadaniem jest wyszukiwanie asteroid mogących zderzyć się z Ziemią. W wielkich zespołach naukowych osiągnięcia są często anonimowe i kometa PANSTARRS zapewne nie zmieni już nazwy. Natomiast ISON być może zostanie przemianowana na Newski-Nowiczonok, ponieważ nie ma wątpliwości, że to właśnie ci dwaj obserwatorzy zauważyli ją pierwsi. Nawiasem mówiąc, zespół PANSTARRS sfotografował tę kometę wcześniej, lecz po prostu ją przegapił.

Dziewicza materia

Skąd się biorą komety i dlaczego są tak efektowne? Trzeba cofnąć się w czasie o 4,5 mld lat. Jeden z krążących po naszej Galaktyce obłoków międzygwiazdowych zaczął się wtedy kurczyć pod wpływem własnej grawitacji. Ponieważ – jak wszystko w Galaktyce – obracał się wokół własnej osi, szybkość jego obrotów rosła tym bardziej, im bardziej się kurczył (ten sam efekt obserwujemy, gdy łyżwiarka w piruecie przyciąga ramiona do tułowia). Wraz z szybkością obrotów rosła przeciwstawiająca się grawitacji siła odśrodkowa. Pod jej dyktando obłok przekształcił się w kuliste proto-Słońce otoczone cienkim dyskiem, w którym zaczął formować się nasz układ planetarny. Tej fazy ewolucji gwiazd i planet nie musimy się domyślać – znamy ją z bezpośrednich obserwacji. Badania młodych układów planetarnych pozwalają odtworzyć przebieg narodzin Słońca i planet, a czas, jaki od tych narodzin upłynął, można oszacować metodami radioizotopowymi.

Najbliższy obłok międzygwiazdowy wytwarzający gwiazdy znajduje się niespełna 400 lat świetlnych od Słońca w widocznym u nas latem gwiazdozbiorze Wężownika. Inne bliskie obłoki aktywne gwiazdotwórczo leżą w gwiazdozbiorach Byka i Oriona. Dostępną dla wszystkich kolekcję odkrytych w nich dysków protoplanetarnych można podziwiać na zdjęciach z archiwum Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Dysk protoplanetarny składa się głównie z lekkich gazów (wodoru i helu). Tylko niecałe 2 proc. jego masy przypada na ciała stałe, występujące w postaci drobniutkich ziaren mineralno-lodowych, określanych w astronomii jako pył. Wchodzący w ich skład lód to przede wszystkim lód wodny z domieszką zestalonych gazów – głównie tlenku i dwutlenku węgla, metanu oraz amoniaku. Z upływem czasu ziarna stopniowo zlepiają się w coraz większe grudki, te zaś w obiekty – ten proces można częściowo odtworzyć w laboratorium, a częściowo zaobserwować w pobliskich dyskach protoplanetarnych. Po niedługim w kosmicznej skali czasie rzędu miliona lat wykształcają się planetozymale – obiekty o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu kilometrów, w których zawarta jest znaczna większość dyskowej materii w stanie stałym.

Ewolucją roju planetozymali rządzi ich wzajemne przyciąganie grawitacyjne. Zachodzące pod jego wpływem przypadkowe zderzenia tych obiektów szybko prowadzą do powstania protoplanet, z których największe ściągają gaz ze swojego otoczenia, by ostatecznie zamienić się w wielkie planety typu Jowisza i Saturna. Większość pozostałych w dysku planetozymali i mniejszych protoplanet zostaje przez te olbrzymy przeniesiona na dalekie orbity lub wyrzucona w przestrzeń międzygwiazdową. Z różnych przyczyn wracają one niekiedy w pobliże Słońca, gdzie pod działaniem ciepła i światła ulatniają się zawarte w nich gazy i drobiny pyłu. Tracący materię planetozymal zamienia się w jądro kometarne, za którym ciągnie się efektowny warkocz.

Dwa warkocze

Zazwyczaj utrata materii zaczyna się między orbitami Jowisza i Marsa. Wypływający z jądra gaz i pył formuje mniej więcej kulistą otoczkę, nazywaną komą lub głową (rekordowo duże komy osiągają średnicę Słońca). Ciśnienie promieniowania słonecznego wypycha z niej pył, który układa się w zakrzywiony warkocz, ciągnący się za komą jak struga wody ze zraszacza ogrodowego. Jednocześnie składowa ultrafioletowa promieniowania „obłuskuje” z elektronów znajdujące się w komie atomy gazów, przez co uwrażliwia je na działanie wylatujących ze Słońca naładowanych elektrycznie cząstek tzw. wiatru słonecznego.

Pod wpływem tego wiatru tworzy się z nich drugi warkocz, ciągnący się prosto od Słońca. Rekordowe warkocze osiągają długość ponad 3 j.a. – ok. 500 mln km (j.a. jest skrótem od jednostki astronomicznej, równej średniej odległości Ziemi od Słońca, czyli ok. 149,5 mln km). Wyglądają niezwykle efektownie, ale gęstość materii jest w nich tak mała, że przelot przez warkocz niczym by naszej planecie nie zagroził. Co najwyżej ujrzelibyśmy zwiększoną liczbę meteorów, które są śladami po wlatujących do atmosfery i spalających się w niej drobinach pyłowych.

Układ Słoneczny ma najprawdopodobniej dwie przechowalnie planetozymali. Pierwszą z nich jest dość już dokładnie zbadany Pas Kuipera, który zaczyna się tuż za orbitą Neptuna i kończy ok. 50 j.a. od Słońca. To właśnie tam krąży, uważany do niedawna za planetę, Pluton. Do dziś w Pasie Kuipera odkryto ponad 1000 obiektów o średnicy co najmniej 100 km. Ich ogólną liczbę szacuje się na 100 tys., ale obiektów o mniejszych rozmiarach jest z pewnością o wiele więcej. Druga przechowalnia – tzw. Obłok Oorta – miałaby zaczynać się ok. 50 tys. j.a. od Słońca, a kończyć tam, gdzie siła przyciągania Słońca zrównuje się z siłą przyciągania sąsiednich gwiazd. Na razie jest bytem hipotetycznym, ale za jej realnym istnieniem przemawiają tzw. komety jednopojawieniowe, które przybywają w pobliże Słońca ze wszystkich kierunków po niezwykle wydłużonych orbitach, wybiegających daleko w przestrzeń międzygwiazdową.

Do tych właśnie komet należą PANSTARRS i ISON. Obie są zachowanymi w dziewiczym stanie grudami materii, z której 4,5 mld lat temu powstały planety. Tak więc badać je, to tak jakby badać wspaniale zachowane skamieniałości dawno wymarłych organizmów. Obie komety zbliżają się do Słońca nie tylko pierwszy raz, lecz w dodatku na niewielką odległość (ISON wręcz muśnie Słońce, przelatując przez górną warstwę słonecznej atmosfery, tzw. koronę). O ile zatem te komety nigdy jeszcze nie traciły materii, o tyle teraz mogą ją utracić w wielkich ilościach. Czy rzeczywiście hojnie rozsieją gazy i pyły, z których powstaną okazałe warkocze – tego jeszcze nie możemy być pewni. Komety są chyba najbardziej kapryśnymi i nieprzewidywalnymi ciałami niebieskimi. Nie chodzi tu, oczywiście, o tory ich ruchu – te można wyznaczyć z dużą precyzją, lecz właśnie o tempo utraty materii, od którego zależą wygląd i jasność komety. Nieraz już się zdarzało, że przewidywania dotyczące jasności i długości warkocza były całkowicie nietrafione. Bodaj najgłośniejszym takim niewypałem była kometa Kohoutka. Zapowiadana na przełomie lat 1973 i 1974 jako kometa stulecia, znalazła się ostatecznie o kilka pozycji za Hale-Bopp i wypadła poza pierwszą dziesiątkę najjaśniejszych komet notowanych w „International Comet Quarterly”. Nie można wykluczyć, że PANSTARRS i ISON również sprawią zawód. Ale jeśli prognozy okażą się trafne, naprawdę będzie na co popatrzeć.

Ciekawy rok

PANSTARRS pojawi się na naszym niebie w pierwszych dniach marca. Najlepiej będzie ją jednak obserwować po 10 marca, gdy zacznie oddalać się od Słońca po maksymalnym do niego zbliżeniu (fachowo – po przejściu przez peryhelium). Na szczególnie piękne widoki można liczyć 12 i 13 marca: nad zachodnim horyzontem w sąsiedztwie komety będzie wtedy świecił cienki sierp Księżyca. Dwa miesiące później niemal dokładnie jej śladem podąży kometa Lemmon, ale nawet najwięksi optymiści wśród astronomów nie sądzą, by dało się ją ujrzeć bez lornetki.

ISON przejdzie przez peryhelium 28 listopada; ale miejmy nadzieję, że zobaczymy ją dużo wcześniej. Najlepszy okres obserwacji to druga połowa listopada i pierwsze dwie dekady grudnia. Będzie ją wtedy widać na wschodnim niebie kolejno w gwiazdozbiorach Panny, Wagi, Skorpiona, Wężownika i Herkulesa.

Pół roku po wizycie ISON złożymy kometom – co prawda innym – rewizytę: europejski próbnik Rosetta wejdzie na orbitę wokół jądra komety Czuriumow-Gierasimienko. Trafiła ona w pobliże Słońca już dawno temu, została „przytrzymana” przez Jowisza i krąży teraz po orbicie, której peryhelium leży między orbitami Marsa i Ziemi. Jej jądro – nieforemna bryła o rozmiarach ok. 5x3x3 km – utraciło już większość gazów, przez co Czuriumow-Gierasimienko nigdy nie bywa tak efektowna, jak przybywające z daleka komety jednopojawieniowe.

Rosetta jest najbardziej ambitną z dotychczasowych misji, dzięki którym uzyskano podstawowe informacje o pięciu innych jądrach kometarnych. Są to obiekty o rozmiarach od 2 do 15 km i gęstości ok. 0,5 g/cm sześc., która wskazuje, że to ciała bardzo porowate. Co ciekawe, ich powierzchnia jest niemal doskonale... czarna. Odbijają zaledwie 2,5–3 proc. padającego na nie światła, podczas gdy asfalt aż 7 proc. Czarną warstwę tworzą wypreparowane z lodu ziarna mineralne oraz wieloatomowe cząsteczki związków organicznych. Wśród tych ostatnich prawdopodobnie przeważają węglowodory łańcuchowe, ale nie wyklucza się obecności cząsteczek o bardziej skomplikowanej budowie, w tym nawet aminokwasów.

Dyski protoplanetarne wydają się niezwykle wydajnymi laboratoriami chemicznymi i najprawdopodobniej to samo można powiedzieć o powstających w nich planetozymalach. Rosetta ma sprawdzić te hipotezy. Posłuży się przy tym próbnikiem Philae, który osiądzie na jądrze komety, zakotwiczy się (prędkość ucieczki z jądra to zaledwie ok. 0,5 m/s, więc jakaś nieostrożna operacja zakończyłaby się odlotem próbnika w przestrzeń międzyplanetarną), pobierze próbki i je przeanalizuje. Ważną rolę odegra przy tym skonstruowany w Centrum Badań Kosmicznych PAN penetrator, który wbije w jądro sondę pomiarową.

Jest całkiem możliwe, że skomplikowane związki, z których uformowały się pierwsze prymitywne komórki, zostały dostarczone na Ziemię przez jądra komet. Niewykluczone więc, że patrząc na PANSTARRS lub ISON, będziemy oglądać zamierzchłą historię nas samych.

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Ja My Oni

Syn, który nie rozstał się ze swoją matką – częsta przyczyna małżeńskich kryzysów

Prof. Bogdan de Barbaro o relacjach z teściowymi i teściami, babciami i dziadkami.

Agnieszka Krzemińska
17.04.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną