¿Qué es el estudio y detección de los cometas?
La mayoría de los cometas del sistema solar aparecen en lugares extremadamente fríos y alejados del sol. Los cometas conservan los materiales más primitivos de los primeros días de la formación del sistema solar. La sonda "Stardust" desplegada
Sin embargo, sólo podemos adivinar, pero no determinar, de qué materiales están hechos los cometas.
Debido a sus formas únicas y extrañas, los cometas han atraído la atención de los astrónomos y del público desde la antigüedad. Desde el miedo extremo de los antiguos a los cometas, hasta la comprensión correcta de la naturaleza de los cometas por parte de los astrónomos hace más de 300 años, hasta 2005, cuando los humanos utilizaron sondas espaciales para impactar activamente los cometas por primera vez, ha pasado por un largo período de Durante miles de años, muchos científicos e incluso astrónomos, entusiastas y gente común, han trabajado duro para lograrlo, lo que refleja el poder de la sabiduría humana y el espíritu científico de la búsqueda incansable de la verdad.
Debido a la falta de sentido común científico, los antiguos no sabían nada sobre por qué los cometas aparecían ocasionalmente y tenían formas tan extrañas e impredecibles, por lo que a menudo consideraban a los cometas como fenómenos celestes misteriosos y aterradores e incluso como fenómenos siniestros. Creían que los cometas eran mensajeros enviados por los dioses y presagios de desastres, y por eso les entró el pánico.
En Occidente, el famoso erudito Aristóteles alguna vez creyó que los cometas no eran cuerpos celestes, sino simplemente un fenómeno atmosférico. Este concepto ha sido popular en Europa desde hace mucho tiempo. Quizás influidos por esta visión errónea, los europeos no dejaron durante mucho tiempo ningún registro valioso sobre la posición y el movimiento del cometa. En 1577 apareció un gran cometa y el astrónomo danés Tycho intentó por primera vez determinar su distancia a la Tierra mediante mediciones reales. Esto podría considerarse como un intento de explorar los cometas científicamente. Debido a las limitaciones de las condiciones de observación, Tycho no pudo medir la distancia del cometa, pero juzgó correctamente el movimiento del cometa en el espacio y afirmó que estaba al menos 6 veces más lejos de la Tierra que la Luna, y que debería Ser un cuerpo celeste. No podría ser un fenómeno atmosférico, y mucho menos un monstruo. Más tarde, tras largas observaciones e investigaciones, el astrónomo alemán Kepler también determinó que los cometas no eran fenómenos atmosféricos. En ese momento, algunos astrónomos especularon que la órbita de un cometa podría estar cerrada, por lo que el mismo cometa podría moverse cerca de la Tierra varias veces y ser visto por la gente. A partir de entonces, los europeos empezaron a prestar atención a determinar la posición precisa de los cometas.
Un cometa apareció en 1680, cuando ya se conocía la ley de la gravitación universal. Newton calculó correctamente la órbita del cometa alrededor del Sol basándose en datos de observación. Otro cometa apareció en 1682 y los astrónomos británicos Halley y Newton colaboraron para calcular la órbita del cometa. Se puede considerar a Halley como el primer astrónomo que se dedicó al cálculo de las órbitas de los cometas, basándose en los datos de observación registrados en libros históricos, calculó las órbitas de 24 cometas observados entre 1337 y 1698 y las comparó cuidadosamente. Halley descubrió que la órbita del cometa que apareció en 1682 era muy similar a las órbitas de los cometas de 1531 y 1607, por lo que dedujo atrevidamente que las tres apariciones del cometa eran los tres retornos de un mismo cometa, con un período de retorno. de 75 a 76 años Predijo que el cometa reaparecería a finales de 1758 o principios de 1759. Halley murió sin poder comprobar su predicción con sus propios ojos. En la Nochebuena de 1758, el cometa llegó como se esperaba, confirmando la predicción científica de Halley. En honor a Halley, el cometa recibió el nombre de Cometa Halley. La confirmación del retorno periódico del cometa Halley demuestra plenamente que los cometas son cuerpos celestes del sistema solar que orbitan alrededor del sol y que la fecha, el brillo y la posición de su retorno se pueden predecir basándose en la ley de la gravitación universal. Cuando el cometa Halley apareció nuevamente en 1835, la gente se apresuró a observar este gran cometa más por curiosidad que por miedo.
El regreso más reciente del cometa Halley fue en 1986. Desafortunadamente, el cometa pasó sus momentos más gloriosos lejos de la Tierra, y ya estaba muy oscuro cuando alcanzó el perigeo el 10 de abril. consternación de los aficionados. Sin embargo, las observaciones profesionales no disminuyeron. Los astrónomos utilizaron diversos equipos de observación terrestre y lanzaron por primera vez la sonda Giotto específica para observar el cometa de cerca y lograron muchos resultados de investigación importantes. El cometa Halley regresará nuevamente en 2061. Para entonces, la ciencia y la tecnología humanas superarán con creces el nivel actual. Quizás los astronautas y científicos tomarán naves espaciales para realizar inspecciones in situ del cometa.
La densidad de la cola del cometa es extremadamente baja, sólo una milmillonésima parte de la densidad de la atmósfera terrestre.
El movimiento de los cometas es muy diferente al de los planetas. Las órbitas de la mayoría de los cometas son elipses muy planas o hipérbolas cercanas a las parábolas. Los cometas que se mueven a lo largo de órbitas elípticas volverán a acercarse a la Tierra después de un período de tiempo y serán observados por la gente. Se trata de un cometa periódico. Entre ellos, los que tienen un período superior a 200 años se denominan cometas de período largo. y el período más largo puede alcanzar decenas de miles de años. Los cometas con un período inferior a 200 años son cometas de período corto. Los cometas que siguen órbitas hiperbólicas son simplemente transeúntes que van y vienen. Incluso si pueden pasar cerca de la Tierra, la gente sólo puede observarlos una vez.
En cuanto al origen de los cometas, la teoría más popular es la hipótesis de la protonube propuesta por el astrónomo holandés Oort en los años cincuenta. Esta hipótesis sostiene que existe un "almacén de cometas", es decir, una nube de cometas, a 100.000 unidades astronómicas de distancia del Sol, que contiene alrededor de 100 mil millones de cometas. Debido a la perturbación causada por alguna fuerza externa (como la atracción gravitacional de una estrella cercana al sistema solar), algunos cometas en la nube de cometas cambiaron sus órbitas y alcanzaron el sistema solar interior durante millones de años. Estos cometas se convierten en cometas de período corto debido a la perturbación gravitacional de los planetas grandes (especialmente Júpiter), y son vistos por la gente cuando se acercan a la Tierra. Otra opinión es que hay otro cinturón de cometas fuera de la órbita de Neptuno, llamado Cinturón de Kuiper. Se han descubierto cientos de objetos del Cinturón de Kuiper, pero aún es controvertido si estos objetos son cometas.
Los cometas nacen en las zonas exteriores del sistema solar. Según la ley de Kepler, cuanto más lejos está un cometa del sol, más lenta es su velocidad de movimiento. Por lo tanto, los cometas periódicos pasan la mayor parte de su vida en el vasto espacio alejado del sol. Debido a que la temperatura allí es extremadamente baja, el estado original del material del comienzo del sistema solar se puede conservar en el cometa durante mucho tiempo. Por otro lado, la teoría exógena del origen de la vida cree que muchas moléculas orgánicas complejas necesarias para formar la vida ya han existido en el espacio interestelar o interplanetario, y están adheridas a pequeños cuerpos celestes (como asteroides, cometas o meteoroides). En el sistema solar, estos pequeños cuerpos celestes o sus fragmentos y partículas a menudo penetran en la Tierra, trayendo así a la Tierra los gérmenes, compuestos orgánicos necesarios para formar la vida primitiva.
En vista de las razones anteriores, la investigación de cometas se ha convertido en un aspecto importante de la exploración espacial desde la década de 1980. El 4 de mayo de 1973, Estados Unidos lanzó la estación espacial "Skylab" y los astronautas de la estación observaron con éxito el cometa Kohoutek. El cometa Halley regresó de 1985 a 1986. Estados Unidos y otros países lanzaron seis detectores para detectarlo a corta distancia. Entre ellos, el detector "Giotto" lanzado por la Agencia Espacial Europea fue lanzado el 2 de julio de 1985. En marzo de ese año. año alcanzó una posición a 500 kilómetros del núcleo del cometa Halley y obtuvo una gran cantidad de valiosos datos de observación. El "Deep Space 1" de la NASA, lanzado el 24 de octubre de 1998, detectó el cometa de período corto Borrelli. La nave espacial "Stardust", lanzada el 7 de febrero de 1999, llegó a Huainan en enero de 2004. El cometa 2" se utilizó para recoger polvo. del cometa y envió 72 fotografías de alta definición. Lamentablemente, la sonda de viaje del núcleo del cometa lanzada el 3 de julio de 2002 perdió contacto poco después del lanzamiento y se perdió equipo por valor de 60 millones de dólares estadounidenses. La sonda "Rosetta", lanzada por la Agencia Espacial Europea el 2 de marzo de 2004, llegará cerca del cometa 67P/C-G en 2014 y se convertirá en un satélite artificial del cometa. Realizará una inspección minuciosa del cometa y será lanzada en noviembre. del mismo año, libere el módulo de aterrizaje "Philae" para aterrizar en la superficie del cometa y utilice un taladro para penetrar en el núcleo del cometa y recolectar muestras de material a diferentes profundidades.
Dado que los cometas regresan periódicamente al Sol muchas veces, solo quedan materiales no volátiles en la superficie del cometa. Por lo tanto, el material de la superficie actual del núcleo del cometa no puede representar completamente el material original del sistema solar. Sólo el material que se encuentra en el interior puede conservar la forma original y la composición original del sistema solar en el momento de su formación. Por lo tanto, es necesario penetrar profundamente en el interior del núcleo del cometa. impactos profundos en los cometas.
El cometa "Temple 1", objetivo esta vez de la NASA, fue descubierto por primera vez por el astrónomo francés Temple el 3 de abril de 1867. El período de movimiento del cometa es de 5 a 74 años. El núcleo del cometa tiene una forma irregular y mide 11 kilómetros × 5 kilómetros. El núcleo del cometa gira con un período de aproximadamente 42 horas.
Las principales razones para elegir el "Templo 1" como objetivo del impacto profundo son: (1) El cometa ha sido observado durante más de 100 años y su movimiento es relativamente familiar (2) El cometa está en su mediana edad y su núcleo es; de profundidad el material contenido en el cometa es representativo; (3) el cometa puede volar relativamente cerca de la Tierra y es adecuado para la observación desde la Tierra después del impacto (4) la ubicación es relativamente adecuada y el impactador puede impactar; el objetivo, y el detector puede rastrear y observar el lugar del impacto durante un período de tiempo.
La implementación de este plan tomó más de 10 años. La idea de utilizar naves espaciales artificiales para impactar cometas apareció por primera vez en 1978. En 1996, dos científicos estadounidenses propusieron formalmente un plan de impacto a la NASA. Esta propuesta casi caprichosa fue inicialmente rápidamente rechazada por los expertos del comité de revisión de la NASA. Después de varios ajustes al plan y una activa presión por parte de los científicos del proyecto, la NASA finalmente aprobó el plan en mayo de 2000. El proyecto costó más de 300 millones de dólares. El detector lanzado pesaba 650 kilogramos y el impactador pesaba 372 kilogramos, compuestos principalmente de cobre y aluminio.
El 12 de enero de 2005 se lanzó la sonda Deep Impact desde el Centro Espacial Kennedy en Florida, Estados Unidos. A las 13:52 hora de Beijing del 3 de julio, la sonda se separó con éxito del impactador después de cuatro ajustes orbitales exitosos. En ese momento, la sonda estaba a 864.000 kilómetros de distancia del cometa. A las 13:50 del 4 de julio, el impactador impactó con éxito el cometa "Temple 1" después de tres ajustes automáticos de órbita.
Desde el momento en que despegó de la Tierra hasta el momento en que chocó con el cometa "Temple 1", la sonda voló unos 43,1 mil millones de kilómetros, lo que duró 173 días. Cuando se produjo el impacto, la sonda estaba a unos 43,1 mil millones de kilómetros. A 13,2 mil millones de kilómetros de la Tierra. El impacto fue, hasta cierto punto, muy exitoso. Según los informes, el impacto se produjo 2 minutos antes de lo previsto y el error de posición fue de sólo 1 metro. Aunque algunas personas han expresado dudas sobre la exactitud de la ubicación del impacto, no es fácil para un avión alcanzar un objetivo de unos 10 kilómetros de tamaño después de viajar más de 400 millones de kilómetros. El proceso de impacto duró aproximadamente 3,7 segundos. Cuando se produjo el impacto, la velocidad de movimiento relativa del impactador y el cometa era de aproximadamente 10,2 kilómetros por segundo, el ángulo de inclinación era de 25 grados y la potencia del impacto era equivalente a 4,5 toneladas de explosivo TNT. Tras el impacto, el cometa es unas 5 a 8 veces más brillante (unas 2 magnitudes). Se estima que el cráter de impacto es más grande que un campo de fútbol y tiene decenas de metros de profundidad. Después de soltar el impactador, el detector sobrevoló el núcleo del cometa a una distancia de unos 500 kilómetros y tomó miles de fotografías del núcleo del cometa antes y después del impacto.
Después de analizar los datos de observación obtenidos por el telescopio Keck de 10 metros en Hawaii, un equipo de científicos de la NASA concluyó que el lugar de nacimiento del cometa "Temple 1" probablemente se encuentre entre las órbitas de Urano y Neptuno. entre. Además, la composición química del cometa "Temple 1" es similar a la de los cometas de la nube de Oort, lo que indica que algunos cometas del cinturón de Kuiper y algunos cometas de la nube de Oort pueden haberse formado en el mismo lugar.
El análisis preliminar de los datos de observación muestra que hay más partículas de polvo y menos hielo de agua en el material del impacto, y las partículas del material son muy finas, no como granos de arena, sino más bien como polvo de talco. lo cual parece ser correcto La teoría original planteó un desafío, indicando que el núcleo del cometa no es un "gran trozo de hielo" como se pensaba originalmente. El material de la superficie del núcleo del cometa es muy pequeño, lo que indica que no recibió muchas perturbaciones externas durante su largo viaje al espacio. Entre los materiales expulsados, además de compuestos comunes en los cometas, como los silicatos, se detectaron inesperadamente componentes como tierra y carbonatos. Generalmente se cree que tales componentes deben estar presentes en presencia de agua líquida. El material expulsado contiene incluso componentes que contienen hierro e hidrocarburos aromáticos. No se ha dado ninguna explicación satisfactoria para estas observaciones.
La eyección provocada por el impacto se extendió hacia afuera a una velocidad de unos 5 kilómetros por segundo, y la cantidad de polvo producida fue aproximadamente 1,6 veces mayor que en tiempos normales. La temperatura media del polvo aumentó de 280 K antes del impacto a 330 K en un día, lo que indica que no toda la energía impartida por el impacto fue absorbida por el núcleo del cometa, sino que una gran parte fue llevada al interplanetario a través de procesos de radiación o difusión. . espacio.
Las mediciones posteriores al impacto mostraron que la tasa de liberación de agua en la superficie del cometa después del impacto fue inferior a 250 kilogramos por segundo, que era similar a la tasa antes del impacto e inferior a la tasa de liberación de agua durante varios eventos naturales. erupciones del cometa en las semanas previas al impacto. La tasa de producción de gases (como el hidrógeno, etc.) también es muy baja, por lo que los instrumentos de detección sólo pueden detectar su límite superior. Sin embargo, el contenido de etano alrededor del núcleo del cometa después del impacto fue significativamente mayor que antes del impacto, lo que indica que la composición material de la superficie y las capas internas del cometa es realmente diferente.