Om de banen van kometen echt te waarderen, helpt het om de banen van planeten te begrijpen. Ook al is er geen gebrek aan beschikbare ruimte rond de zon, de planeten beperken zich allemaal tot een vrij dunne band, en geen van hen, behalve Pluto, dwaalt meer dan een paar graden daarbuiten af.
De baan van een komeet daarentegen kan een grote hellingshoek hebben ten opzichte van deze band en kan er zelfs loodrecht op draaien, afhankelijk van waar hij vandaan komt. Dat is slechts een van de vele interessante feiten over kometen.
Volgens de eerste wet van Kepler draaien alle objecten in elliptische banen om de zon. De banen van de planeten, behalve Pluto, zijn bijna cirkelvormig, net als die van asteroïden en ijzige objecten in de Kuipergordel, die net buiten de baan van Neptunus ligt. Kometen die hun oorsprong vinden in de Kuipergordel staan bekend als kortperiodieke kometen en blijven meestal in dezelfde smalle band als de planeten.
Langperiodieke kometen, die hun oorsprong vinden in de Oortwolk, die zich buiten de Kuipergordel en aan de rand van het zonnestelsel bevindt, zijn een andere zaak. Hun banen kunnen zo elliptisch zijn dat de kometen honderden jaren volledig kunnen verdwijnen. Kometen van buiten de Oortwolk kunnen zelfs parabolische banen hebben, wat betekent dat ze één keer in het zonnestelsel verschijnen en nooit meer terugkomen.
Niets van dit gedrag is mysterieus als je eenmaal begrijpt hoe planeten en kometen daar in de eerste plaats zijn gekomen. Het heeft allemaal te maken met de geboorte van de zon.
Het begon allemaal in een stofwolk
Hetzelfde proces van stergeboorte dat wetenschappers tegenwoordig in de Orionnevel kunnen waarnemen, vond plaats in onze nabijheid van het heelal, zo'n 5 miljard jaar geleden. Een wolk van ruimtestof, rustig zwevend in het uitgestrekte niets, begon geleidelijk samen te trekken onder de zwaartekracht. Er vormden zich kleine klonten en ze plakten aan elkaar en vormden grotere klonten die in staat waren nog meer stof aan te trekken.
Geleidelijk overheerste een van deze clusters, en naarmate het meer materiaal aantrok en groeide, werd het behoud van impulsmoment zorgde ervoor dat het ronddraaide, en alle materie eromheen vormde zich tot een schijf die in hetzelfde ronddraaide richting.
Uiteindelijk werd de druk in de kern van het overheersende cluster zo groot dat het ontbrandde, en de uitwaartse druk die door waterstoffusie werd gecreëerd, verhinderde dat meer materie aansloeg. Onze jonge zon had zijn laatste massa bereikt.
Wat gebeurde er met alle kleinere clusters die niet vastzaten in de centrale? Ze bleven materie aantrekken die dicht genoeg bij hun baan was, en sommigen groeiden uit tot planeten.
Andere, kleinere clusters, aan de uiterste rand van de draaiende schijf, waren ver genoeg weg om te voorkomen dat ze gevangen in de schijf, hoewel ze nog steeds onderhevig waren aan voldoende zwaartekracht om ze binnen te houden baan. Deze kleine objecten werden dwergplaneten en asteroïden, en sommige werden kometen.
Kometen zijn geen asteroïden
De samenstelling van kometen is anders dan die van asteroïden. Terwijl een asteroïde meestal uit steen bestaat, is een komeet in wezen een vuile sneeuwbal gevuld met zakken ruimtegas.
Een groot aantal asteroïden is te vinden in de asteroïdengordel tussen de banen van Mars en Jupiter, die ook de thuisbasis is van de dwergplaneet Ceres, maar ze cirkelen ook aan de rand van de zonne systeem. Kometen daarentegen komen meestal uitsluitend uit de Kuipergordel en daarbuiten.
Een komeet die ver van de zon staat, is vrijwel niet te onderscheiden van een asteroïde. Wanneer zijn baan hem echter dicht bij de zon brengt, verdampt de hitte het ijs en zet de damp uit en vormt een wolk rond de kern. De kern mag dan misschien maar een paar kilometer in doorsnede zijn, de wolk kan duizenden keren groter zijn, waardoor de komeet veel groter lijkt dan hij in werkelijkheid is.
De staart van een komeet is het meest bepalende kenmerk. Het kan lang genoeg zijn om de afstand tussen de aarde en de zon te overbruggen, en het wijst altijd van de zon af, ongeacht in welke richting de komeet reist. Dat komt omdat het wordt gecreëerd door de zonnewind, die gas wegblaast van de dampwolk die de kern omringt.
Komeetfeiten: niet allemaal komen hier vandaan
Langperiodieke kometen kunnen zeer elliptische banen hebben die zo excentriek kunnen zijn dat de periode tussen waarnemingen vanaf de aarde meer dan een mensenleven kan bedragen. De tweede wet van Kepler houdt in dat objecten langzamer bewegen als ze verder van de zon staan dan wanneer ze er dichtbij staan, dus kometen zijn vaak veel langer onzichtbaar dan ze zichtbaar zijn. Maar hoe lang het ook duurt, een object in een baan om de aarde keert altijd terug, tenzij iets het uit zijn baan stoot.
Sommige objecten keren echter nooit terug. Ze komen schijnbaar nergens vandaan, reizen met snelheden die atypisch zijn voor lichamen die in een baan rond de aarde draaien, draaien rond de zon en schieten de ruimte in. Deze objecten komen niet uit het zonnestelsel; ze komen uit de interstellaire ruimte. In plaats van een elliptische baan volgen ze een parabolisch pad.
De mysterieuze sigaarvormige asteroïde 'Oumuamua was zo'n object. Het verscheen in januari 2017 in het zonnestelsel en verdween een jaar later uit het zicht. Misschien was het een UFO, maar waarschijnlijker was het een interstellair object dat door de zon werd aangetrokken maar te snel bewoog om in een baan om de aarde te worden gebracht.
Een casestudy: de komeet van Halley
De komeet van Halley is misschien wel de bekendste van alle kometen. Het werd ontdekt door Edmund Halley, een Britse astronoom die een vriend was van Sir Isaac Newton. Hij was de eerste persoon die postuleerde dat komeetwaarnemingen in 1531, 1607 en 1682 allemaal van dezelfde komeet waren, en hij voorspelde zijn terugkeer in 1758.
Hij kreeg gelijk toen de komeet op kerstnacht in 1758 een spectaculaire verschijning maakte. Die nacht was helaas 16 jaar na zijn dood.
De komeet van Halley heeft een periode tussen 74 en 79 jaar. De onzekerheid is te wijten aan zwaartekrachtsinvloeden die het op zijn pad tegenkomt - met name de planeet Venus - en aan een intrinsiek voortstuwingssysteem dat alle kometen bezitten. Wanneer een komeet zoals de komeet van Halley de zon nadert, zetten de gaszakken in de kern uit en schieten ze door zwakke plekken in de kern, die stuwkracht leveren die het in elke richting kan duwen en verstoringen in de kern kan veroorzaken baan.
Astronomen hebben de baan van de komeet van Halley in kaart gebracht en ontdekten dat deze zeer elliptisch is, met een excentriciteit van bijna 0,97. (Excentriciteit in dit geval betekent hoe lang of rond een baan is; hoe dichter bij nul de excentriciteit, hoe ronder de baan.)
Gezien het feit dat de baan van de aarde een excentriciteit heeft van 0,02, wat hem bijna cirkelvormig maakt, en dat de excentriciteit van de baan van Pluto slechts 0,25 is, is de excentriciteit van de komeet van Halley extreem. Bij het aphelium bevindt het zich ver buiten de baan van Pluto en in het perihelium is het slechts 0,6 AU van de zon verwijderd.
Aanwijzingen voor de oorsprong van de komeet
De baan van de komeet van Halley is niet alleen excentriek, maar staat ook 18 graden gekanteld ten opzichte van het vlak van de ecliptica. Dit is het bewijs dat het niet op dezelfde manier is gevormd als de planeten, ook al is het rond dezelfde tijd samengesmolten. Het kan zelfs zijn oorsprong hebben gehad in een ander deel van de melkweg en eenvoudigweg zijn geraakt door de zwaartekracht van de zon terwijl deze voorbijging.
De komeet van Halley vertoont nog een ander kenmerk dan de planeten. Het draait in een richting tegengesteld aan die van zijn baan. Venus is de enige planeet die dit doet, en Venus draait zo langzaam dat astronomen vermoeden dat het in botsing is gekomen met iets uit het verleden. Het feit dat de komeet van Halley in de richting draait waarin hij draait, is meer bewijs dat hij niet op dezelfde manier is gevormd als de planeten.