Per apprezzare veramente le orbite delle comete, aiuta ad avere una comprensione delle orbite planetarie. Anche se non manca lo spazio disponibile intorno al sole, i pianeti si limitano tutti a una fascia abbastanza sottile, e nessuno di loro, ad eccezione di Plutone, si allontana di più di qualche grado al di fuori di essa.
L'orbita di una cometa, invece, può avere un ampio angolo di inclinazione rispetto a questa fascia e può anche orbitare perpendicolarmente ad essa, a seconda della sua provenienza. Questo è solo uno dei tanti fatti interessanti sulla cometa.
Secondo la prima legge di Keplero, tutti gli oggetti orbitano attorno al sole in percorsi ellittici. Le orbite dei pianeti, ad eccezione di Plutone, sono quasi circolari, così come quelle degli asteroidi e degli oggetti ghiacciati nella fascia di Kuiper, che è appena oltre l'orbita di Nettuno. Le comete che hanno origine nella fascia di Kuiper sono note come comete di breve periodo e tendono a rimanere nella stessa banda stretta dei pianeti.
Le comete di lungo periodo, che hanno origine nella nube di Oort, che si trova oltre la fascia di Kuiper e alla periferia del sistema solare, sono una questione diversa. Le loro orbite possono essere così ellittiche che le comete possono scomparire completamente per centinaia di anni. Le comete provenienti da oltre la nube di Oort possono anche avere orbite paraboliche, il che significa che fanno una singola apparizione nel sistema solare e non tornano mai più.
Nessuno di questi comportamenti è misterioso una volta compreso come i pianeti e le comete siano arrivati lì in primo luogo. Tutto ha a che fare con la nascita del sole.
Tutto è iniziato in una nuvola di polvere
Lo stesso processo di nascita delle stelle che gli scienziati oggi sono in grado di osservare nella Nebulosa di Orione si è verificato nelle nostre vicinanze dell'universo circa 5 miliardi di anni fa. Una nuvola di polvere spaziale, che galleggiava tranquilla nel vasto nulla, cominciò gradualmente a contrarsi sotto la forza di gravità. Si formarono piccoli grumi e si attaccarono insieme, formando gruppi più grandi che erano in grado di attirare ancora più polvere.
Gradualmente, uno di questi gruppi predominava e, poiché continuava ad attrarre più materiale e crescere, la conservazione di momento angolare lo fece ruotare, e tutta la materia intorno ad esso si formò in un disco che roteò nello stesso direzione.
Alla fine, la pressione al centro dell'ammasso predominante è diventata così grande che si è incendiato e la pressione verso l'esterno creata dalla fusione dell'idrogeno ha impedito l'accrescimento di più materia. Il nostro giovane sole aveva raggiunto la sua massa finale.
Cosa è successo a tutti gli ammassi più piccoli che non erano stati intrappolati in quello centrale? Continuarono ad attrarre la materia che era abbastanza vicina alle loro orbite, e alcuni di loro divennero pianeti.
Altri ammassi più piccoli, proprio sul bordo del disco rotante, erano abbastanza lontani da evitare di essere... catturati nel disco, sebbene fossero ancora soggetti a una forza gravitazionale sufficiente a tenerli dentro orbita. Questi piccoli oggetti sono diventati pianeti nani e asteroidi, e alcuni sono diventati comete.
Le comete non sono asteroidi
La composizione delle comete è diversa da quella degli asteroidi. Mentre un asteroide è principalmente roccia, una cometa è essenzialmente una palla di neve sporca piena di sacche di gas spaziale.
Un gran numero di asteroidi si trova nella fascia degli asteroidi tra le orbite di Marte e Giove, che ospita anche il pianeta nano Cerere, ma orbitano anche alla periferia del solare sistema. Le comete, invece, tendono a provenire esclusivamente dalla fascia di Kuiper e oltre.
Una cometa lontana dal sole è praticamente indistinguibile da un asteroide. Quando la sua orbita lo avvicina al sole, però, il calore vaporizza il ghiaccio e il vapore si espande per formare una nuvola attorno al nucleo. Il nucleo può essere largo solo pochi chilometri, ma la nuvola può essere migliaia di volte più grande, facendo apparire la cometa molto più grande di quanto non sia in realtà.
La coda di una cometa è la sua caratteristica più distintiva. Può essere abbastanza lungo da coprire la distanza tra la Terra e il sole e punta sempre lontano dal sole, indipendentemente dalla direzione in cui viaggia la cometa. Questo perché è creato dal vento solare, che sta soffiando gas lontano dalla nuvola di vapore che circonda il nucleo.
Fatti della cometa: non tutti vengono da qui
Le comete di lungo periodo possono avere orbite altamente ellittiche che possono essere così eccentriche che il periodo tra gli avvistamenti dalla Terra può essere più di una vita. La seconda legge di Keplero implica che gli oggetti si muovano più lentamente quando sono più lontani dal sole rispetto a quando gli sono vicini, quindi le comete tendono ad essere invisibili molto più a lungo di quanto siano visibili. Tuttavia, non importa quanto tempo impieghi, un oggetto in orbita ritorna sempre, a meno che qualcosa non lo faccia uscire dalla sua orbita.
Tuttavia, alcuni oggetti non tornano mai. Provengono apparentemente dal nulla, viaggiando a velocità atipiche rispetto ai corpi orbitanti, girando intorno al sole e schizzando nello spazio. Questi oggetti non hanno origine nel sistema solare; provengono dallo spazio interstellare. Piuttosto che un'orbita ellittica, seguono un percorso parabolico.
Il misterioso asteroide a forma di sigaro 'Oumuamua era uno di questi oggetti. È apparso nel sistema solare nel gennaio 2017 ed è scomparso un anno dopo. Forse era un UFO, ma più probabilmente era un oggetto interstellare attratto dal sole ma che si muoveva troppo velocemente per essere portato in orbita.
Un caso di studio: la cometa di Halley
La cometa di Halley è forse la più nota di tutte le comete. È stato scoperto da Edmund Halley, un astronomo britannico amico di Sir Isaac Newton. Fu la prima persona a postulare che gli avvistamenti di comete nel 1531, 1607 e 1682 fossero stati tutti della stessa cometa, e predisse il suo ritorno nel 1758.
Ha avuto ragione quando la cometa ha fatto un'apparizione spettacolare nella notte di Natale del 1758. Quella notte era, sfortunatamente, 16 anni dopo la sua morte.
La cometa di Halley ha un periodo compreso tra 74 e 79 anni. L'incertezza è dovuta alle influenze gravitazionali che incontra lungo il suo percorso – in particolare il pianeta Venere – e ad un sistema di propulsione intrinseco che tutte le comete possiedono. Quando una cometa come la cometa di Halley si avvicina al sole, le sacche di gas nel nucleo si espandono e sfrecciano attraverso punti deboli nel nucleo, fornendo una spinta che può spingerlo in qualsiasi direzione e creare perturbazioni nella sua orbita.
Gli astronomi hanno mappato l'orbita della cometa di Halley e hanno scoperto che è altamente ellittica, con un'eccentricità di quasi 0,97. (Eccentricità in questo caso significa quanto è oblunga o rotonda un'orbita; più vicina allo zero è l'eccentricità, più rotonda è l'orbita.)
Considerando che l'orbita terrestre ha un'eccentricità di 0,02, il che la rende quasi circolare, e che l'eccentricità dell'orbita di Plutone è solo 0,25, l'eccentricità della cometa di Halley è estrema. All'afelio è ben al di fuori dell'orbita di Plutone e al perielio dista solo 0,6 UA dal sole.
Indizi sull'origine della cometa
L'orbita della cometa di Halley non è solo eccentrica, ma è anche inclinata di 18 gradi rispetto al piano dell'eclittica. Questa è la prova che non si è formato nello stesso modo in cui si sono formati i pianeti, anche se potrebbe essersi formato nello stesso periodo. Potrebbe anche aver avuto origine in un'altra parte della galassia ed essere semplicemente catturato dalla gravità del sole mentre passava.
La cometa di Halley mostra un'altra caratteristica che è diversa dai pianeti. Ruota in senso opposto a quello della sua orbita. Venere è l'unico pianeta che fa questo, e Venere ruota così lentamente che gli astronomi sospettano che si sia scontrato con qualcosa nel suo passato. Il fatto che la cometa di Halley ruoti nella direzione in cui ruota è un'ulteriore prova che non si è formata nello stesso modo dei pianeti.