Le comete venivano osservate anche dagli antichi, ma siccome si credeva nell’immutabilità della volta celeste, molte popolazioni ritenevano queste apparizioni di cattivo auspicio. È fondamentale per capire le comete, sapere di che cosa sono fatte e da dove vengono, perché ci danno la possibilità di scoprire molto sul nostro sistema solare.
Le comete di per sé sono oggetti piuttosto piccoli e riusciamo a vederle solo perché del materiale si espande riflettendo la luce solare e formando una coda. La maggior parte delle volte non riusciamo più a vederle oltre le 3 AU, nonostante data l’alta eccentricità delle orbite, passano piuttosto vicine al Sole e si spingono molto lontano. A questa distanza, grazie alla temperatura che si raggiunge lì qualcosa inizia ad evaporare. Possiamo calcolare la temperatura di quella zona con un’equazione:
S:d²:4 = σ*T⁴
con S intendiamo la costante di luce solare, d la distanza ovvero 3UA, dividiamo per 4 per trovare la temperatura media visto che l’oggetto ruota, e σ*T⁴ è l’emissione del corpo nero dell’oggetto, ovvero un oggetto ideale che assorbe tutta la radiazione elettromagnetica incidente senza rifletterla. Svolgendo i calcoli otteniamo una temperatura di circa -110°C. Inizia a crearsi pressione di vapore che è direttamente proporzionale alla temperatura, e quando abbiamo ghiaccio e del gas sopra ci dice quando il ghiaccio in evaporazione è in equilibrio con il gas che viene ri-condensato in superficie, che quindi ci informa sulla velocità secondo cui il ghiaccio evapora. Vista la temperatura, il ghiaccio non si può sciogliere, ma può sublimare. Quindi cosa succede nelle comete? Secondo l’articolo accademico pubblicato da Fred L. Whipple nel 1949, il nucleo di una cometa è formato da H2O, NH3, CH4, CO2 o CO, C2N2, e altri materiali che sono volatili a temperatura ambiente e sono mischiati con ciò che definisce strati meteoritici, ovvero rocce. Il ghiaccio inizia ad evaporare: quando rimane lo strato di rocce inizieranno a scaldarsi anche queste e il ghiaccio prorompe sotto forma di getti. Ciò che propose Whittle è che vista anche la rotazione della cometa, i getti si comportano un po’ come dei propulsori e ciò causa una variazione dell’orbita delle comete. L’esistenza di questi gas ci dà degli indizi su dove si possano essere formate queste comete. Innanzitutto non si possono essere formate vicino al Sole perché sarebbe la loro “condanna a morte” in quanto evaporerebbero subito. Si sono quindi formate oltre la cosiddetta “frost line” ovvero quella fascia tra Marte e Giove dove l’acqua allo stato solido assume un ruolo importante. Le comete a seconda della loro orbita si dividono in due tipi. Le prime sono quelle che hanno orbite molto vicine al piano del sistema solare, e che si spingono fino a Giove e un po’ oltre e prendono il nome di famiglia di comete gioviane. Le seconde invece, vengono da molto lontano e in tutte le direzioni e prendono il nome di comete isotropiche. Si pensava che le comete gioviane fossero comete isotropiche che si fossero avvicinate troppo ai pianeti gassosi e quindi abbiano subito una variazione dell’orbita, ma in realtà si è scoperto che le comete provengono da due fonti differenti. Per scoprire da dove provengono esattamente le comete isotropiche possiamo calcolare le loro orbite nel periodo in cui sono vicine a noi. Riprendendo i concetti di coniche le orbite di queste comete possono essere di tre tipi: possiamo avere un’ellisse, rendendo l’eccentricità pari a 1 avremo una parabola, che è un caso molto improbabile perché l’orbita dovrebbe essere perfetta per ottenerla, oppure possiamo avere un ramo di iperbole.
Le ellissi sono legate al Sole in quanto sono limitate dalla sua forza gravitazionale. Un’orbita iperbolica invece viene dallo spazio interstellare e può passare vicino al Sole senza essere catturata.
In questo grafico, da Dones e co. Comets II, sono rappresentate molte orbite di comete isotropiche. In ascissa abbiamo 1/semiasse maggiore, quindi numeri piccoli indicano grandi semiassi maggiori. Al valore zero ci sono le parabole che matematicamente hanno un semiasse maggiore uguale a infinito mentre a valori sotto lo zero troviamo le iperboli che hanno valori di semiasse negativi. Tutte le orbite rappresentate che hanno un valore di ascissa maggiore di zero sono ellissi e sono legate a questo tipo di orbita, mentre le iperboli che sono rappresentate, sono diventate tali non perché le comete provenissero dallo spazio interstellare già in un’orbita iperbolica ma perché sono state perturbate da un gigante gassoso.
In quest’altro grafico, sempre proveniente dallo stesso articolo, abbiamo stavolta in ascissa la dimensione reale dei semiassi maggiori e come si può notare sono numeri piuttosto grandi, alcuni di essi arrivano fino a 100.000 UA. Il grafico fa distinzione tra comete “nuove” ovvero che stanno passando per le prime volte dal sistema solare e comete “di ritorno” che sono già passate più volte e che hanno un semiasse maggiore relativamente più piccolo perché le loro orbite sono state perturbate. Una cosa interessante guardando il grafico è pensare al tempo di orbita di queste comete. Abbiamo per esempio un picco intorno ai 30.000 UA: se calcoliamo il tempo di orbita per andare attorno al Sole (a elevato a 3/2) otterremo un tempo di orbita pari a circa 5 milioni di anni. Sapendo che il sistema solare ha circa 4,5 bilioni di anni sappiamo che in realtà queste comete sono andate attorno al Sole molte volte, ma se questa opzione fosse vera, le loro orbite sarebbero già state deviate. Quasi 100 anni fa gli scienziati supposero l’esistenza di una nube di materiale o meglio un ammasso di comete, al limitare del sistema solare. Questa teoria fu studiata particolarmente da Jan Oort, un astronomo olandese, nel 1950 e pubblicata in un articolo chiamato “La struttura della nube di comete che circonda il sistema solare e un’ipotesi riguardante le sue origini ”. La sua ipotesi fu molto accettata e infatti questa “nube” prende proprio il suo nome.
Gli astronomi ritengono che potrebbe contenere i residui rocciosi risalenti addirittura alla nube protoplanetaria da cui si sono formati i pianeti del Sistema Solare. Questi detriti, asteroidi e corpi rocciosi più piccoli, sarebbero stati “espulsi” dal Sistema Solare durante la sua formazione, a causa dell’interazione con i pianeti giganti gassosi come Giove e Saturno che, nella loro formazione, iniziavano ad alterare l’equilibrio gravitazionale del sistema. Abbastanza lontani da non risentire quasi più della presenza del Sole, ma abbastanza vicini da non essere “rubati” da altre stelle, questi detriti possono rimanere nella nube di Oort anche per diverse centinaia di migliaia di anni, nel freddo più assoluto che congela persino i rarefatti gas, attirati dalla flebile attrazione di questi corpi.
Articolo e illustrazioni di Nadia Pandolfo
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