Cola de Cometa

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Colas, comas y núcleos de los cometas

La convergencia periódica de los cometas con el sol provoca su “envejecimiento” gradual, que se manifiesta como una disminución de la intensidad de las emisiones de gas-polvo tras cada fin de ciclo. Un típico cometa masivo de mediana edad es el cometa Halley, con un periodo de revolución de 75,5 años.Entre las Líneas En la imagen, una cola bien definida, densa y anaranjada se extiende más allá del cometa a lo largo de toda una unidad astronómica. El aspecto de la cola y la cabeza del cometa Halley y su desarrollo varían poco en las sucesivas apariciones del cometa, que ha pasado por el perihelio varios miles de veces.Entre las Líneas En cuanto a los cometas “más antiguos”, el período de su revolución es corto y las órbitas se vuelven circulares, ya que con los numerosos encuentros con los cuerpos del sistema solar, la excentricidad y la inclinación de las órbitas cometarias disminuyen constantemente debido a la dispersión de la energía de las mareas. A veces el núcleo se rompe, formando corrientes de meteoritos y núcleos hijos más pequeños.Entre las Líneas En el proceso de movimiento orbital de los cometas, los volátiles condensados se evaporan gradualmente, y el polvo y las piedras forman una corteza oscura, una capa protectora que frena la evaporación de los volátiles. La corteza es oscura, por lo que su superficie se calienta, y al aumentar la temperatura, la presión del gas sublimado rompe la corteza, y sus trozos son capturados por las corrientes de gas y son arrastrados hasta la cola.

Tras muchos miles de pasos por el perihelio, los recursos de un núcleo masivo se agotan, la órbita del cometa se asemeja a la de los asteroides y el núcleo se convierte en uno de los “cometas extintos” que constituyen una pequeña parte del cinturón de asteroides. Por lo general, se revelan con una coma esférica muy pequeña, suelta e inestable.

El aspecto de los nuevos cometas es muy diferente.Entre las Líneas En los cometas “jóvenes”, la superficie del núcleo está formada por depósitos abiertos de volátiles condensados con impurezas de polvo.Entre las Líneas En la primera aparición de un nuevo cometa, a veces es posible observar una extravagancia celeste. El notable “Gran Cometa 2007”, el cometa McNaught 2007, pasó por el perihelio el 12 de enero de 2007; la distancia q en el perihelio fue de sólo 26 millones de kilómetros, mucho menos que la órbita de Mercurio. La emisión de gas y polvo era muy intensa, la coma era densa y la luz reflejada del sol predominaba en el espectro del cometa (lo que suele llevar también a considerarlo “joven”). Las condiciones de observación eran muy favorables. Las cámaras de la nave espacial SOHO consiguieron obtener excelentes imágenes, casi inmediatamente después del paso del cometa por el perihelio. La pronunciada curva de la cola cubría una parte importante del cielo. La cola curvada iba acompañada de rayos azules dirigidos radialmente desde el sol. El cometa era visible incluso durante el día. Por supuesto, estas condiciones para la observación de un cometa de periodo largo eran únicas. La actividad del cometa duró mucho tiempo.

La cola de un cometa a menudo se extiende a lo largo de muchas decenas de millones de kilómetros y es una vista espectacular, pero en la física de los cometas, las colas son un producto secundario. La parte principal del cometa -el núcleo- está velada por la atmósfera de niebla que lo rodea, que es creada por el núcleo y fluye continuamente hacia el espacio. La atmósfera brumosa que rodea al núcleo se denomina coma. Es imposible ver el núcleo de un cometa por medios telescópicos. Antes de la era espacial, el estudio de la estructura, la física y la química (y la fotoquímica) del núcleo se basaba en consideraciones teóricas y en observaciones de la evolución de la cabeza y la cola del cometa. Se denomina cabeza al frente más brillante del cometa, que incluye la coma (con una cáscara de forma parabólica) que rodea el núcleo y pasa a la cola. Lejos del sol, la cabeza tiene un aspecto simétrico, a menudo esférico. Luego, cuando el cometa se acerca al sol, la cabeza se alarga y aparece la cola. Por término medio, su longitud alcanza de 0,1 a 1 UA. Con la aproximación al sol, el diámetro de la cabeza aumenta hasta 50.000 a 80.000 km. Los experimentos realizados en el espacio han descubierto nubes de hidrógeno cometarias gigantes que rodean a los cometas.

El modelo de la estructura del núcleo del cometa, confirmado en experimentos y observaciones, fue propuesto por F. Whipple en la década de 1950. El modelo se denominó “bola de nieve sucia”, porque proponía un conglomerado de hielos, H2O, CH4, CO, CO2 y otras partículas rocosas volátiles y refractarias, y el modelo se confirmó posteriormente. Así, el polvo del cometa Halley es una mezcla de compuestos orgánicos refractarios de carbono-hidrógeno-oxígeno-nitrógeno, el llamado CHON, y materia rocosa de composición condrita. El modelo permitió explicar la aparición de colas de gas-polvo y enjambres de meteoritos formados en la órbita de un cometa como resultado del desprendimiento de fragmentos del núcleo, y la destrucción de los núcleos en grandes partes.

Secuencia

Posteriormente, los experimentos espaciales han demostrado que un núcleo típico es una formación suelta, con alta porosidad, pero que también incluye rocas suficientemente sólidas.

Las masas de los núcleos cometarios son muy diferentes, desde cuerpos pequeños como el evento Chebarkul, que tenía 107 kg (Emelianenko y Shustov, 2013), hasta los gigantes como 1P/Halley (2,2 ∙ 1014 kg) y C/1995 O1 (Hale-Bopp).Entre las Líneas En el caso del cometa Hale-Bopp, se desconoce la masa, pero a partir de la comparación de las dimensiones de los dos gigantes (15 × 7 × 7 km y 40-70 km, respectivamente), se puede suponer que la masa de C/1995 O1 era de unos 1015 kg. Para un cometa, 1015 kg es una masa muy grande, pero es 60 millones de veces más pequeña que la Tierra. Los cometas 103P/Hartley-2 (3 ∙ 1011 kg) y 67P/CG (1013 kg) se consideran medios. Determinar la masa de un cometa es difícil. El número de cometas con masas conocidas es pequeño, a pesar de que el número con órbitas conocidas a finales de 2017 superaba los 5.000. Al disminuir la masa, el número de cometas descubiertos primero aumenta y luego disminuye, lo que se explica por el efecto de selección: cuanto más pequeños son los cometas, mayor es su número, pero más difícil es detectarlos.

La forma parabólica de la cabeza del cometa se explica por el mecanismo de la “fuente”. Los flujos de gas-polvo emitidos por el núcleo son similares a los chorros de la fuente en la Tierra, pero no son desviados por la gravedad, sino por la presión p de la luz solar sobre la partícula. La presión radial depende de la potencia de radiación E por área de la partícula dividida por la velocidad de la luz c, ya que p = E/c.Entre las Líneas En la órbita de la Tierra, Ee = 1,37 kW/m2 y la presión es de 4,5 Pa. La misma partícula (con masa m) se ve afectada por la gravitación del sol, con la fuerza GMm/a2. Igualando la presión radial a la gravitación del sol, se obtiene el tamaño de la partícula cuya fuerza de repulsión radiante supera su gravitación. Si la densidad de las partículas de polvo es de 1,9 ∙ 103 kg/m3, como en el caso de 67P/CG, el equilibrio se alcanza en un radio muy pequeño de las partículas esféricas, de sólo 0,3 μm. Al mismo tiempo, las moléculas y los átomos de algunos gases de la cola del cometa experimentan una presión lumínica mucho más fuerte, en función del coeficiente de absorción. Esto crea la cola de gas-polvo del cometa, que parece curvada debido al movimiento del cometa, que arroja todas las nuevas porciones del material que forma la cola.

La cola del cometa de periodo largo Hale-Bopp (1997), en la que se aprecian muchas franjas regulares, se desarrolló de forma muy activa. El proceso es continuo, pero desigual. También se aprecian numerosas bandas en la imagen del cometa Mrkos, cuya cola tenía un aspecto inusual. Por lo general, la cola aumenta o disminuye en las ramas descendente o ascendente de la órbita, a medida que se imponen las emisiones de fuentes separadas, lo que ocurre con retraso, debido al calentamiento gradual de la superficie del núcleo y su rotación.Si, Pero: Pero incluso en los núcleos más productivos, las fuentes de emisión no cubren toda la superficie y se distribuyen de forma desigual, formando a veces chorros caóticos en la coma y la cola. Los chorros de gas recogen polvo y trozos de la corteza rota y los llevan a la cola del cometa. La velocidad del flujo de salida del gas y del material que se evapora es, por término medio, de entre 400 y 450 m/s.

El movimiento de los átomos y moléculas ionizados en los rayos se produce con aceleraciones que superan la gravitación del sol en varios miles de veces, y que no pueden explicarse por la presión de la luz. No hay polvo en la cola de plasma. Una franja azul recta de la cola de plasma del cometa Hale-Bopp separada de la cola curva de polvo con gas neutro. Un rayo similar es visible en la parte superior de la cabeza del cometa Mrkos. La densidad de las colas de polvo y plasma no permanece constante: al cabo de 2 meses, la cola de plasma del mismo cometa era casi invisible, pero luego volvió a aparecer.

Por primera vez se obtuvieron indicios de la naturaleza especial de la cola azul directa al analizar una foto del cometa Morehouse (1908). El cometa arrojaba poco polvo, pero mucho gas ionizado, y con gran velocidad, lo que durante mucho tiempo permaneció sin explicación.Si, Pero: Pero en la década de 1950 se estableció una fuente de la enorme aceleración de las colas de plasma. Resultó ser el viento solar, corrientes corpusculares emitidas por el sol con campos magnéticos “congelados” unidos a ellas.

La velocidad del viento solar a nivel de la órbita de la Tierra es de unos 400 km/s. La influencia del viento solar sobre los iones cometarios provoca la formación y la aceleración colosal del flujo de partículas cargadas expulsadas por el cometa a las velocidades del viento solar.

La densidad y las direcciones de los campos del viento solar no permanecen estrictamente constantes. Junto a su estructura ordenada, en el cometa Halley se observan numerosas curvas y rayos curvos.Entre las Líneas En el espacio, el campo magnético solar tiene una estructura sectorial, y en el límite de los sectores, el campo cambia su dirección. Cuando cruzó el límite intersectorial, la cola del cometa Halley se rompió.

Existen varias clasificaciones de las colas de los cometas, pero la enorme variedad de sus formas exige una generalización detallada de todas sus características. No todos los tipos de colas tienen una explicación física exhaustiva. Unos pocos cometas tienen picos anómalos estrechos (“colas anómalas”) que salen de la cabeza pero se dirigen directamente al sol. Un ejemplo muy conocido es el cometa Arend-Roland C/1956 R1 (1957), de período largo (posiblemente incluso hiperbólico). Entre otras propiedades inusuales del cometa Arend-Roland se detectó una emisión de radio decamétrica, y su fuente estaba en la cola, a diez millones de kilómetros de la cabeza del cometa. La potencia de la emisión de radio era tan grande que incluso los radioaficionados de la Tierra la registraron (se puede estudiar algunos de estos asuntos en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). Fueron los primeros en informar de una fuente de emisión de radio inusual, lo que llevó al posterior descubrimiento del cometa.

El 22 de abril de 1957, además de la cola habitual del cometa Arend-Roland dirigida hacia fuera del sol, apareció una estrecha y anómala cola en forma de lanza dirigida hacia el sol. A medida que el plano de la órbita del cometa giraba con respecto al observador terrestre, la cola tomó la forma de un rayo divergente contorneado. La cola anómala apareció repentinamente y desapareció de forma igualmente repentina a principios de mayo. Su dirección era ligeramente diferente a la de la cola principal. Las colas anómalas se encuentran en dos docenas de cometas, incluida una que aparece en el cometa Hale-Bopp. Una de las explicaciones para ellas es la hipótesis de que, junto con los grumos rotos del núcleo dirigidos al azar, el cometa está rodeado de numerosas partículas bastante grandes que forman una estructura plana, como un disco. Cuando la Tierra se encuentra en el plano de dicha estructura, el observador la ve “desde la costilla” como una línea, al igual que los anillos de Saturno se convierten en una línea cuando la Tierra pasa por su plano.Si, Pero: Pero aún no está claro por qué y cómo surge dicha estructura.

A grandes distancias del sol, la cola de plasma de los cometas que emiten mucho gas ionizado, pero poco polvo, forma una cola estrecha que se extiende desde la coma esférica. Este fenómeno se observó en otro cometa de McNaught, de 2010. La búsqueda y el descubrimiento de este tipo de cometas es complicado debido a su baja visibilidad.

Puntualización

Sin embargo, en las últimas décadas se han desarrollado métodos de búsqueda automatizados que cubren un gran campo y que utilizan el análisis informático de los resultados de las observaciones. Inicialmente, el método se diseñó para detectar cuerpos celestes potencialmente peligrosos para la Tierra. Permite detectar objetos tras muy poco movimiento.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Muchos núcleos cometarios conservan rastros de procesos ocurridos durante las primeras etapas de la formación del sistema solar.Entre las Líneas En la actualidad, la mejora de los equipos espectroscópicos de los observatorios terrestres y espaciales permite investigar las emisiones cometarias con una resolución muy alta. Podría parecer que la composición química de los núcleos cometarios debería conocerse con suficiente precisión, pero no es así. El espectro del llamado “núcleo” fotométrico puede ser simplemente el continuo solar reflejado o el espectro de emisión molecular, que no aporta ninguna información sobre la naturaleza de la zona de reflexión. El propio espectro de emisión de gases proporciona información sobre la composición química de la atmósfera que rodea al núcleo, pero no sobre su superficie. Las moléculas del rango investigado (C2, CN, CH, NH y otras) son moléculas secundarias, subsidiarias de moléculas más complejas o complejos moleculares de los que está formado el núcleo. Estas moléculas parentales complejas se subliman en una envoltura supranuclear de gas-polvo y se destruyen inmediatamente bajo la acción de la radiación solar y debido a la interacción con el medio ambiente. Se descomponen o disocian en moléculas más simples cuyos espectros de emisión son “vistos” por los espectrómetros, y las propias moléculas progenitoras producen principalmente un espectro continuo.

Así, a distancias superiores a 3 ó 4 UA del sol, el espectro del cometa es continuo, como resultado de la reflexión de la luz solar por las partículas de polvo o de su dispersión por las moléculas poliatómicas. Más cerca de 3 UA, aparece una banda de emisión violeta brillante de CN cian (3.883 Å) en el espectro típico de la cabeza del cometa. Más cerca de 2 UA, la banda del cianógeno se amplifica y se excita la emisión de las moléculas triatómicas C3 y NH2. Las bandas del Cisne (emisión de carbono) aparecen más cerca de 1,8 UA, y a partir de una distancia de 1,5 UA, la emisión de radicales-OH, NH, CH y otros-aparece en el espectro de la cabeza del cometa, y las bandas de los iones emergentes CO+, N2+, CO2+, CH+, OH+, H2O+ y otros aparecen en la cola (se puede estudiar algunos de estos asuntos en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). Finalmente, aproximadamente a la distancia de la órbita de Venus, aparece un doblete de sodio (5.890-5.896 Å) que es una re-radiación resonante de los fotones de la luz solar que se rellena.Entre las Líneas En los distintos cometas, las intensidades de las bandas difieren y también se observan líneas “prohibidas” de oxígeno, hidrógeno atómico y otras.Entre las Líneas En general, los espectros de los cometas revelan un gran número de moléculas y átomos orgánicos e inorgánicos (entre las moléculas orgánicas, además de las nombradas, están C3CH, CS, HCN, CH3CN) y los metales Na, Ca, Co, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu y V. Hay silicio (Si), principalmente en el polvo. Según las mediciones directas realizadas por la misión Rosetta, la composición del gas de la coma 67P/CG incluía agua, monóxido de carbono, dióxido de carbono, amoníaco, metano, metanol, formaldehído, sulfuro de hidrógeno, cianuro de hidrógeno y azufre. La composición del polvo incluía dióxido de azufre, disulfuro de carbono, azufre, sulfuro de carbonilo, sodio y magnesio.

En cuanto al polvo, la mayoría de las veces representa una mezcla de compuestos orgánicos infusibles de carbono-hidrógeno-oxígeno-nitrógeno (CHON) y una sustancia rocosa compuesta de condrita. Para investigar sus componentes se necesitan espectrómetros de masas de impacto, que sólo funcionan en las inmediaciones del objeto.

Los resultados de los estudios de los núcleos cometarios obtenidos en las últimas décadas son impresionantes. Entre los hallazgos se encuentra la información detallada sobre los núcleos de los cometas 67P/CG y 1P/Halley.

Datos verificados por: Andrews

Recursos

Traducción al Inglés

Traducción al inglés de Cola de Cometa: Comet tail.

Véase También

Ciencia Planetaria, Espacio Exterior,

Bibliografía

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