Jak komety krążą wokół Słońca?

Aby naprawdę docenić orbity komet, pomocne jest zrozumienie orbit planet. Mimo że wokół Słońca nie brakuje dostępnej przestrzeni, wszystkie planety ograniczają się do dość cienkiego pasma i żadna z nich, z wyjątkiem Plutona, nie oddala się od niego o więcej niż kilka stopni.

Z drugiej strony orbita komety może mieć duży kąt nachylenia w stosunku do tego pasma, a nawet może krążyć prostopadle do niego, w zależności od tego, skąd pochodzi. To tylko jeden z wielu interesujących faktów dotyczących komet.

Zgodnie z pierwszym prawem Keplera, wszystkie obiekty krążą wokół Słońca po eliptycznych torach. Orbity planet, z wyjątkiem Plutona, są prawie okrągłe, podobnie jak planetoid i lodowych obiektów w pasie Kuipera, który znajduje się tuż za orbitą Neptuna. Komety, które pochodzą z pasa Kuipera, znane są jako komety krótkookresowe i mają tendencję do pozostawania w tym samym wąskim paśmie co planety.

Inną sprawą są komety długookresowe, które powstają w obłoku Oorta, który znajduje się poza pasem Kuipera i na obrzeżach Układu Słonecznego. Ich orbity mogą być tak eliptyczne, że komety mogą całkowicie zniknąć na setki lat. Komety spoza obłoku Oorta mogą mieć nawet orbity paraboliczne, co oznacza, że ​​pojawiają się tylko raz w Układzie Słonecznym i nigdy nie wracają.

Żadne z tych zachowań nie jest tajemnicze, kiedy zrozumiesz, jak w ogóle pojawiły się tam planety i komety. To wszystko ma związek z narodzinami słońca.

Ten sam proces narodzin gwiazd, który naukowcy są obecnie w stanie zaobserwować w Mgławicy Oriona, miał miejsce w naszym sąsiedztwie wszechświata około 5 miliardów lat temu. Obłok kosmicznego pyłu, unoszący się bez przeszkód w bezkresnej nicości, stopniowo zaczął się kurczyć pod wpływem siły grawitacji. Utworzyły się małe grudki, które sklejały się, tworząc większe grudki, które były w stanie przyciągnąć jeszcze więcej kurzu.

Stopniowo dominował jeden z tych skupisk, a ponieważ nadal przyciągał więcej materiału i rozwijał się, ochrona momentu pędu spowodował, że wirował, a cała materia wokół niego uformowała się w dysk, który wirował w ten sam sposób kierunek.

Ostatecznie ciśnienie w jądrze dominującej gromady stało się tak duże, że uległo zapłonowi, a ciśnienie na zewnątrz wytworzone przez fuzję wodoru zapobiegło akrecji większej ilości materii. Nasze młode słońce osiągnęło swoją końcową masę.

Co się stało ze wszystkimi mniejszymi gromadami, które nie zostały uwięzione w centralnej? Nadal przyciągały materię, która była wystarczająco blisko ich orbit, a niektóre z nich wyrosły na planety.

Inne, mniejsze gromady, na samej krawędzi wirującego dysku, znajdowały się wystarczająco daleko, aby uniknąć uwięzione w dysku, chociaż nadal podlegały wystarczającej sile grawitacji, aby utrzymać je w środku orbita. Te małe obiekty stały się planetami karłowatymi i asteroidami, a niektóre stały się kometami.

Skład komet różni się od składu asteroid. Podczas gdy asteroida to głównie skała, kometa jest zasadniczo brudną kulą śnieżną wypełnioną kieszeniami kosmicznego gazu.

Duża liczba planetoid znajduje się w pasie planetoid pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza, który jest również domem dla planety karłowatej Ceres, ale krążą one również na obrzeżach Słońca system. Z drugiej strony komety pochodzą wyłącznie z pasa Kuipera i dalej.

Kometa, która znajduje się daleko od Słońca, jest praktycznie nie do odróżnienia od asteroidy. Kiedy jednak jego orbita zbliża go do słońca, ciepło odparowuje lód, a para rozszerza się, tworząc chmurę wokół jądra. Jądro może mieć zaledwie kilka kilometrów średnicy, ale obłok może być tysiące razy większy, przez co kometa wydaje się znacznie większa niż jest w rzeczywistości.

Warkocz komety jest jej najbardziej charakterystyczną cechą. Może być wystarczająco długi, aby objąć odległość między Ziemią a Słońcem i zawsze wskazuje od Słońca, bez względu na kierunek, w którym porusza się kometa. Dzieje się tak, ponieważ jest tworzony przez wiatr słoneczny, który wydmuchuje gaz z chmury pary otaczającej jądro.

Komety długookresowe mogą mieć bardzo eliptyczne orbity, które mogą być tak ekscentryczne, że okres między obserwacjami z Ziemi może trwać dłużej niż całe życie. Drugie prawo Keplera sugeruje, że obiekty poruszają się wolniej, gdy znajdują się dalej od Słońca, niż gdy są blisko niego, więc komety wydają się być niewidzialne znacznie dłużej, niż są widoczne. Jednak bez względu na to, jak długo to trwa, obiekt na orbicie zawsze powraca, chyba że coś wyrzuci go z orbity.

Jednak niektóre przedmioty nigdy nie wracają. Pochodzą z pozoru znikąd, poruszają się z prędkościami nietypowymi dla orbitujących ciał, krążą wokół Słońca i odlatują w kosmos. Obiekty te nie pochodzą z Układu Słonecznego; pochodzą z przestrzeni międzygwiezdnej. Zamiast po orbicie eliptycznej, podążają ścieżką paraboliczną.

Jednym z takich obiektów była tajemnicza asteroida w kształcie cygara 'Oumuamua. Pojawił się w Układzie Słonecznym w styczniu 2017 roku, a rok później zniknął z pola widzenia. Być może było to UFO, ale bardziej prawdopodobne, że był to obiekt międzygwiezdny przyciągany przez Słońce, ale poruszający się zbyt szybko, by można go było wprowadzić na orbitę.

Kometa Halleya jest prawdopodobnie najbardziej znaną ze wszystkich komet. Został odkryty przez Edmunda Halleya, brytyjskiego astronoma, który był przyjacielem Sir Isaaca Newtona. Był pierwszą osobą, która postulowała, że ​​kometa widziana w latach 1531, 1607 i 1682 dotyczyła tej samej komety i przewidział jej powrót w 1758 roku.

Udowodniono, że miał rację, gdy kometa pojawiła się spektakularnie w noc Bożego Narodzenia w 1758 roku. Tej nocy, niestety, minęło 16 lat po jego śmierci.

Kometa Halleya ma okres od 74 do 79 lat. Niepewność wynika z wpływów grawitacyjnych, które napotyka na swojej drodze – zwłaszcza planety Wenus – oraz wewnętrznego układu napędowego, który posiadają wszystkie komety. Kiedy kometa taka jak kometa Halleya zbliża się do Słońca, kieszenie gazu w jądrze rozszerzają się i przebijają słabe punkty w rdzeniu, zapewniające ciąg, który może popchnąć go w dowolnym kierunku i wywołać w nim perturbacje orbita.

Astronomowie zmapowali orbitę komety Halleya i odkryli, że jest ona wysoce eliptyczna, z ekscentrycznością prawie 0,97. (Ekscentryczność w tym przypadku oznacza, jak podłużna lub okrągła jest orbita; im bliższy zeru mimośród, tym bardziej zaokrąglona jest orbita.)

Biorąc pod uwagę, że mimośród orbity Ziemi wynosi 0,02, co czyni ją prawie kołową, a mimośród orbity Plutona wynosi tylko 0,25, mimośród komety Halleya jest ekstremalny. W aphelium znajduje się daleko poza orbitą Plutona, a w peryhelium znajduje się zaledwie 0,6 AU od Słońca.

Orbita komety Halleya jest nie tylko ekscentryczna, ale także nachylona pod kątem 18 stopni w stosunku do płaszczyzny ekliptyki. Jest to dowód na to, że nie został uformowany w ten sam sposób, w jaki powstały planety, mimo że mógł się połączyć mniej więcej w tym samym czasie. Mógł nawet mieć swój początek w innej części galaktyki i po prostu został złapany przez grawitację słoneczną, gdy przelatywał obok.

Kometa Halleya wykazuje jeszcze jedną cechę, która różni się od planet. Obraca się w kierunku przeciwnym do jego orbity. Wenus jest jedyną planetą, która to robi, a Wenus obraca się tak wolno, że astronomowie podejrzewają, że zderzyła się z czymś w swojej przeszłości. Fakt, że kometa Halleya obraca się w tym samym kierunku, w jakim się obraca, jest kolejnym dowodem na to, że nie została uformowana w taki sam sposób jak planety.